DE102016224403A1 - Catadioptric projection objective and projection exposure method - Google Patents
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Abstract
Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv (PO) zur Abbildung eines in einem Objektfeld einer Objektfläche (OS) des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske in ein in der Bildfläche (IS) des Projektionsobjektivs angeordnetes Bildfeld mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ < 260 nm weist eine Vielzahl von Linsen umfassend mehrere Quarzglaslinsen und mindestens eine Fluoridkristalllinse sowie mindestens einem Konkavspiegel (CM) auf. Die Linsen bilden mindestens eine Taillengruppe (TG1, TG2), die eine lokale Einschnürung (E) eines Projektionsstrahlengangs mit einem lokalen Minimum des Querschnitts des Projektionsstrahlengangs enthält. Die Taillengruppe (TG1, TG2) enthält alle Linsen, die zwischen einer objektseitigen ersten Grenzlinse (G1-1, G3-1) und einer bildseitigen zweiten Grenzlinse (G1-2, G2-2) angeordnet sind. Ein freier optischer Durchmesser jeder der Linsen der Taillengruppe (TG1, TG2) ist kleiner als ein Minimum der freien optischen Durchmesser der ersten Grenzlinse (G1-1, G3-1) und der zweiten Grenzlinse (G1-2, G3-2). Die Taillengruppe (TG1, TG2) weist mindestens eine Fluoridkristalllinse auf.A catadioptric projection objective (PO) for imaging a pattern of a mask arranged in an object field of an object surface (OS) of the projection objective into an image field arranged in the image surface (IS) of the projection objective by means of electromagnetic radiation having an operating wavelength λ <260 nm comprises a multiplicity of lenses a plurality of quartz glass lenses and at least one fluoride crystal lens and at least one concave mirror (CM). The lenses form at least one waist group (TG1, TG2) which contains a local constriction (E) of a projection beam path with a local minimum of the cross section of the projection beam path. The waist group (TG1, TG2) includes all the lenses arranged between an object-side first boundary lens (G1-1, G3-1) and an image-side second boundary lens (G1-2, G2-2). A free optical diameter of each of the lenses of the waist group (TG1, TG2) is smaller than a minimum of the free optical diameters of the first boundary lens (G1-1, G3-1) and the second boundary lens (G1-2, G3-2). The waist group (TG1, TG2) has at least one fluoride crystal lens.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAREA OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung bezieht sich auf ein katadioptrisches Projektionsobjektiv zur Abbildung eines in einem Objektfeld einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske in ein in der Bildfläche des Projektionsobjektivs angeordnetes Bildfeld mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ < 260 nm sowie auf ein mit Hilfe des Projektionsobjektivs durchführbares Projektionsbelichtungsverfahren.The invention relates to a catadioptric projection objective for imaging a pattern of a mask arranged in an object field of an object surface of the projection objective into an image field arranged in the image surface of the projection objective by means of electromagnetic radiation having a working wavelength λ <260 nm and to a projection exposure method that can be carried out with the aid of the projection objective.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen, z. B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelementes. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und im Bereich des effektiven Objektfeldes mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch die Maske und das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster der Maske im Bereich des zum effektiven Objektfeld optisch konjugierten effektiven Bildfeldes auf das zu belichtende Substrat abbildet. Das Substrat trägt normalerweise eine für die Projektionsstrahlung empfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack).For the production of semiconductor components and other finely structured components, predominantly microlithographic projection exposure methods are used today. In this case, masks (reticles) are used, which carry the pattern of a structure to be imaged, z. B. a line pattern of a layer of a semiconductor device. A mask is positioned in a projection exposure apparatus between a lighting system and a projection lens in the region of the object surface of the projection lens and illuminated in the area of the effective object field with an illumination radiation provided by the illumination system. The radiation changed by the mask and the pattern passes through the projection lens as projection radiation, which images the pattern of the mask in the area of the effective image field optically conjugated to the effective object field onto the substrate to be exposed. The substrate normally carries a layer sensitive to the projection radiation (photoresist, photoresist).
Eines der Ziele bei der Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen und deren Komponenten besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf dem Substrat lithographisch zu erzeugen. Kleinere Strukturen führen z. B. bei Halbleiterbauelementen zu höheren Integrationsdichten, was sich im Allgemeinen günstig auf die Leistungsfähigkeit der hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente auswirkt.One of the goals in the development of projection exposure equipment and its components is to lithographically produce structures of increasingly smaller dimensions on the substrate. Smaller structures lead z. B. in semiconductor devices to higher integration densities, which generally has a favorable effect on the performance of the microstructured components produced.
Die Größe der erzeugbaren Strukturen hängt maßgeblich vom Auflösungsvermögen des verwendeten Projektionsobjektivs ab und lässt sich einerseits durch Verringerung der Wellenlänge der für die Projektion verwendeten Strahlung und andererseits durch Erhöhung der im Prozess genutzten bildseitigen numerischen Apertur NA des Projektionsobjektivs steigern.The size of the structures that can be generated largely depends on the resolution capability of the projection objective used and can be increased on the one hand by reducing the wavelength of the radiation used for the projection and on the other hand by increasing the image-side numerical aperture NA of the projection objective used in the process.
In der Vergangenheit wurden überwiegend refraktive Projektionsobjektive für die optische Lithographie benutzt. Bei einem refraktiven bzw. dioptrischen Projektionsobjektiv sind alle optischen Elemente, die eine Brechkraft haben, refraktive Elemente (Linsen). Bei dioptrischen Systemen wird jedoch die Korrektur elementarer Abbildungsfehler, wie beispielsweise die Korrektur chromatischer Aberrationen und die Korrektur der Bildfeldkrümmung, mit steigender numerischer Apertur und sinkender Wellenlänge schwieriger.In the past, predominantly refractive projection lenses were used for optical lithography. In a refractive or dioptric projection objective, all optical elements which have a refractive power are refractive elements (lenses). However, in dioptric systems, the correction of elementary aberrations, such as chromatic aberration correction and field curvature correction, becomes more difficult as the numerical aperture increases and the wavelength decreases.
Ein Ansatz zur Erzielung einer ebenen Bildfläche und einer guten Korrektur chromatischer Aberrationen besteht in der Verwendung katadioptrischer Projektionsobjektive, die sowohl refraktive optische Elemente mit Brechkraft, also Linsen, als auch reflektive Elemente mit Brechkraft, also gekrümmte Spiegel enthalten. Typischerweise ist mindesten ein Konkavspiegel enthalten. Während die Beiträge von Linsen mit positiver Brechkraft und Linsen mit negativer Brechkraft in einem optischen System zur gesamten Brechkraft, zur Bildfeldkrümmung und zu den chromatischen Aberrationen jeweils gegenläufig sind, hat ein Konkavspiegel genau wie eine Positivlinse positive Brechkraft, aber einen gegenüber einer Positivlinse umgekehrten Effekt auf die Bildfeldkrümmung. Außerdem führen Konkavspiegel keine chromatischen Aberrationen ein.One approach to achieving a flat image surface and a good correction of chromatic aberrations is the use of catadioptric projection lenses that contain both refractive optical elements with refractive power, ie lenses, as well as refractive elements with refractive power, so curved mirrors. Typically, at least one concave mirror is included. While the contributions of positive power lenses and negative power lenses are in opposite directions in an optical system of total refractive power, field curvature, and chromatic aberrations, a concave mirror, like a positive lens, has positive refractive power but opposite effect to positive lens the field curvature. Moreover, concave mirrors do not introduce chromatic aberrations.
Es ist nicht einfach, einen Konkavspiegel in ein Projektionsobjektiv für mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren zu integrieren, da er die Strahlung im Wesentlichen in die Richtung zurück reflektiert, aus der sie einfällt. Es gibt unterschiedliche Vorschläge, Konkavspiegel so in ein optisches Abbildungssystem zu integrieren, dass weder Probleme mit Strahlvignettierung noch mit Pupillenobskuration auftreten.It is not easy to integrate a concave mirror into a projection lens for microlithographic projection exposure methods because it reflects the radiation back substantially in the direction from which it is incident. There are various proposals to integrate concave mirrors in an optical imaging system so that neither problems with beam vignetting nor with pupil obscuration occur.
Hierzu wurden u. a. katadioptrische Projektionsobjektive entwickelt, die ein vollständig außerhalb der optischen Achse angeordnetes Objektfeld verwenden (off-axis-Systeme). Die off-axis-Systeme können unterteilt werden in gefaltete Systeme mit geometrischer Strahlteilung mittels einem oder mehreren voll reflektierenden ebenen Umlenkspiegeln (Faltungsspiegeln) und in die sogenannten „In-Line-Systeme”, die eine allen optischen Elementen gemeinsame, gerade (ungefaltete) optische Achse haben.For this purpose u. a. developed catadioptric projection lenses that use a completely out of the optical axis arranged object field (off-axis systems). The off-axis systems can be subdivided into folded systems with geometrical beam splitting by means of one or more fully reflecting planar deflecting mirrors (folding mirrors) and into the so-called "in-line systems" which are common to all optical elements, straight (unfolded) optical Have axis.
Eine Gruppe katadioptrischer Projektionsobjektive mit geometrischer Strahlteilung nutzt zwei Umlenkspiegel, um den vom Objektfeld zum Konkavspiegel verlaufenden Teilstrahlengang von dem vom Konkavspiegel zum Bildfeld verlaufenden Teilstrahlengang zu separieren. Manche Projektionsobjektive mit Umlenkspiegeln bestehen aus zwei hintereinander geschalteten, abbildenden Objektivteilen und haben zwischen Objektebene und Bildebene ein einziges reelles Zwischenbild (siehe z. B.
Die internationale Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer
Der katadioptrische Designansatz ermöglicht es unter anderem, Projektionsobjektive für Arbeitswellenlängen von weniger als 260 nm mit ausreichend starker Korrektur von Farbfehlern bereitzustellen, die für die Farbkorrektur (d. h. für die Korrektur chromatischer Aberrationen) keine unterschiedlichen Linsenmaterialien benötigen. Bei Projektionsobjektiven für eine Arbeitswellenlänge von ca. 193 nm wird in vielen Fällen synthetischen Quarzglas (fused silica) für die überwiegende Anzahl oder alle transparenten optischen Elemente verwendet, da dieses Material bis hinunter zu 193 nm transparent und im großen Umfang mit hoher Qualität verfügbar ist. Für 157 nm Arbeitswellenlänge wird dagegen meist Kalziumfluorid (CaF2) verwendet (siehe z. B.
Bekanntlich kann eine Achromatisierung durch die Kombination einer Sammellinse aus einem Material mit relativ kleiner Dispersion und einer zugeordneten Zerstreuungslinse aus einem zweiten Material mit relativ großer Dispersion erreicht werden. So ist auch schon vorgeschlagen worden, bei katadioptrischen Projektionsobjektiven zur Unterstützung der Korrektur chromatischer Aberrationen Linsen aus synthetischem Quarzglas mit Linsen aus dem kristallinen Fluoridmaterial Kalziumfluorid zu kombinieren. Die
Darüber hinaus ist auch schon vorgeschlagen worden, die besonders hohen Strahlungsbelastungen ausgesetzte letzte Linse in unmittelbarer Nähe der Bildfläche nicht aus synthetischem Quarzglas, sondern aus Kalziumfluorid zu fertigen, um Probleme durch strahlungsinduzierte Brechungsindexänderung (z. B. Compaction) zu vermeiden. In diesem Fall wird das zweite Material (Kalziumfluorid) nicht zur Farbkorrektur verwendet, sondern um die Langzeitstabilität des gesamten Projektionsobjektivs zu verbessern. Beispiele hierfür finden sich z. B. in der
Neben den intrinsischen Abbildungsfehlern, die ein Projektionsobjektiv aufgrund seiner Herstellung aufweisen kann, können Abbildungsfehler auch während der Nutzungsdauer des Projektionsobjektivs, insbesondere während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage auftreten. Solche Abbildungsfehler haben häufig ihre Ursache in Veränderungen der im Projektionsobjektiv verbauten optischen Elemente durch die bei der Nutzung verwendete Projektionsstrahlung. Beispielsweise kann diese Projektionsstrahlung zu einem gewissen Teil von den optischen Elementen im Projektionsobjektiv absorbiert werden, wobei das Ausmaß der Absorption u. a. vom verwendeten Material der optischen Elemente, beispielsweise dem Linsenmaterial, dem Spiegelmaterial, und/oder den Eigenschaften von evtl. vorgesehenen Antireflexbeschichtung oder Reflexbeschichtungen abhängt. Die Absorption der Projektionsstrahlung kann zu einer Erwärmung der optischen Elemente führen, wodurch in den optischen Elementen eine Oberflächendeformation und, bei refraktiven Elementen, eine Brechzahländerung unmittelbar sowie mittelbar über thermisch verursachte mechanische Spannungen hervorgerufen werden kann. Brechzahländerungen und Oberflächendeformationen führen wiederum zu Veränderungen der Abbildungseigenschaften der einzelnen optischen Elemente und somit auch des Projektionsobjektivs insgesamt. Dieser Problemkreis wird häufig unter dem Stichwort „lens heating” behandelt.In addition to the intrinsic aberrations that may have a projection lens due to its production, aberrations may also occur during the useful life of the projection lens, in particular during operation of the projection exposure system. Such aberrations often have their cause in changes of the optical elements installed in the projection lens due to the projection radiation used in the use. For example, this projection radiation can be absorbed to some extent by the optical elements in the projection lens, the extent of the absorption u. a. depends on the material used of the optical elements, such as the lens material, the mirror material, and / or the properties of any provided anti-reflection coating or reflective coatings. The absorption of the projection radiation can lead to a heating of the optical elements, whereby a surface deformation and, in the case of refractive elements, a refractive index change can be caused directly and indirectly via thermally induced mechanical stresses in the optical elements. Refractive index changes and surface deformations in turn lead to changes in the imaging properties of the individual optical elements and thus also of the projection objective as a whole. This problem area is often treated under the keyword "lens heating".
Man versucht üblicherweise, wärmeinduzierte Abbildungsfehler oder andere während der Service-Lebensdauer auftretende Abbildungsfehler durch Verwendung von aktiven Manipulatoren mindestens teilweise zu kompensieren. Aktive Manipulatoren sind in der Regel optomechanische Einrichtungen, die dafür eingerichtet sind, aufgrund entsprechender Steuersignale auf einzelne optische Elemente oder Gruppen von optischen Elementen einzuwirken, um deren optische Wirkung so zu verändern, dass ein auftretender Fehler wenigstens teilweise kompensiert wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass einzelne optische Elemente oder Gruppen von optischen Elementen bzgl. ihrer Lage verändert und/oder verformt werden.It is commonly attempted to at least partially compensate for heat-induced aberrations or other aberrations occurring during service life by using active manipulators. Active manipulators are usually optomechanical devices that are adapted to act on the basis of appropriate control signals to individual optical elements or groups of optical elements in order to change the optical effect so that an error occurring is at least partially compensated. For this purpose, it may be provided, for example, that individual optical elements or groups of optical elements are changed and / or deformed with regard to their position.
Aus wirtschaftlichen Gründen wird angestrebt, den Durchsatz mikrolithografischer Herstellungsprozesse zu steigern. Hierzu versucht man u. a., die Intensität der Beleuchtungsstrahlung immer weiter zu steigern, so dass Belichtungsschritte verkürzt werden können. Weiterhin ist eine Tendenz erkennbar, die Erzeugung mancher Strukturen dadurch zu verbessern, dass bestimmte Beleuchtungssettings mit polarer Beleuchtung (z. B. Dipol-Beleuchtung oder Quadrupol-Beleuchtung) verwendet werden, wobei in den Polen die Intensität des Lichts gegenüber konventionellen Settings deutlich erhöht sein kann. Diese Entwicklungen können dazu beitragen, das Problem der wärmeinduzierten Abbildungsfehler zu verstärken. Eine Kompensation mittels aktiver Manipulatoren wird dadurch voraussichtlich technisch immer aufwendiger und kostspieliger.For economic reasons, the aim is to increase the throughput of microlithographic production processes. For this purpose one tries among other things to increase the intensity of the illumination radiation ever further, so that exposure steps can be shortened. Furthermore, a tendency is recognizable, the generation Some structures may be improved by using certain illumination settings with polarized illumination (eg, dipole illumination or quadrupole illumination), wherein in the poles the intensity of the light may be significantly increased over conventional settings. These developments can help to increase the problem of heat-induced aberrations. Compensation by means of active manipulators is therefore expected to be technically more and more expensive and costly.
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein katadioptrisches Projektionsobjektiv bereitzustellen, das gegenüber herkömmlichen katadioptrischen Projektionsobjektiven eine verbesserte Kontrolle wärmeinduzierter Abbildungsfehler ermöglicht.It is an object of the invention to provide a catadioptric projection lens that allows improved control of heat-induced aberrations over conventional catadioptric projection objectives.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein katadioptrisches Projektionsobjektiv mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Projektionsbelichtungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 21 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To achieve this object, the invention provides a catadioptric projection objective with the features of claim 1. Furthermore, a projection exposure method having the features of claim 21 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
Das katadioptrische Projektionsobjektiv hat eine Vielzahl von Linsen sowie mindestens einen Konkavspiegel. Zu den Linsen gehören Quarzglaslinsen, d. h. Linsen aus synthetischem Quarzglas, sowie mindestens eine Fluoridkristalllinse, d. h. mindestens eine Linse aus einem kristallinen Fluoridmaterial. Es werden somit mindestens zwei unterschiedliche Linsenmaterialien bzw. Linsen aus mindestens zwei unterschiedliche Linsenmaterialien kombiniert. Die Linsen bilden mindestens eine Taillengruppe, die eine lokale Einschnürung eines Projektionsstrahlengangs mit einem lokalen Minimum des Querschnitts des Projektionsstrahlengangs enthält. Der „Projektionsstrahlengang” enthält die Gesamtheit aller von Objektfeldpunkten ausgehenden Stahlbündel, die zur Bilderzeugung im Bildfeld beitragen. Der Projektionsstrahlengang wird gelegentlich auch als „Lichtröhre” oder „Lichtköcher” bezeichnet. Von der Objektebene kommend verjüngt sich der Querschnitt des Projektionsstrahlengangs innerhalb der Taillengruppe bis zum lokalen Minimum und vergrößert sich danach in Richtung der Bildebene wieder.The catadioptric projection lens has a plurality of lenses and at least one concave mirror. The lenses include quartz glass lenses, d. H. Synthetic quartz glass lenses and at least one fluoride crystal lens, d. H. at least one lens of a crystalline fluoride material. Thus, at least two different lens materials or lenses are combined from at least two different lens materials. The lenses form at least one waist group, which contains a local constriction of a projection beam path with a local minimum of the cross section of the projection beam path. The "projection beam path" contains the totality of all steel bundles emanating from object field points, which contribute to the image formation in the image field. The projection beam path is sometimes referred to as a "light tube" or "light quiver". Coming from the object plane, the cross section of the projection beam path within the waist group tapers to the local minimum and then increases again in the direction of the image plane.
Die Taillengruppe enthält alle Linsen, die zwischen einer objektseitigen ersten Grenzlinse und einer bildseitigen zweiten Grenzlinse angeordnet sind. Die Grenzlinsen gehören nicht zur Taillengruppe, sondern sind die unmittelbar an die Taillengruppe angrenzenden Linsen. Die Grenzlinsen sind daran erkennbar, dass ein freier optischer Durchmesser jeder der Linsen der Taillengruppe kleiner ist als ein Minimum der freien optischen Durchmesser der ersten Grenzlinse und der zweiten Grenzlinse. Jede der Grenzlinsen hat somit einen freien optischen Durchmesser, der größer ist als der freie optische Durchmesser aller Linsen der Taillengruppe. Eine Grenzlinse zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass ihr optischer freier Durchmesser größer oder gleich dem optischen freien Durchmesser derjenigen Linse ist, die an der der Taillengruppe abgewandten Seite unmittelbar benachbart ist. Die Taillengruppe weist mindestens eine Fluoridkristalllinse auf.The waist group includes all the lenses which are arranged between an object-side first boundary lens and an image-side second boundary lens. The border lenses are not part of the waist group, but are the lenses immediately adjacent to the waist group. The border lenses are recognizable by the fact that a free optical diameter of each of the lenses of the waist group is smaller than a minimum of the free optical diameters of the first boundary lens and the second boundary lens. Each of the boundary lenses thus has a free optical diameter which is greater than the free optical diameter of all lenses of the waist group. A boundary lens is further distinguished by the fact that its optical diameter is greater than or equal to the free diameter of that lens which is immediately adjacent to the side facing away from the waist group. The waist group has at least one fluoride crystal lens.
Bei Einhaltung dieser Bedingungen kann es gelingen, die eingangs erwähnten nachteiligen Effekte des „Lens Heating” im Vergleich zu herkömmlichen Systemen von vorneherein zu verringern, indem bestimmte Linsen, die grundsätzlich auch aus synthetischem Quarzglas hergestellt sein könnten, stattdessen aus einem kristallinen Fluoridmaterial herzustellen. Dabei wird ausgenutzt, dass bestimmte für die Herstellung von Linsen geeignete Fluoridkristallmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumfluorid (CaF2), Bariumfluorid (BaF2) oder Lithiumfluorid (LiF), in Bezug auf Linsenerwärmung ein deutlich günstigeres Verhalten zeigen als vergleichbare Linsen aus synthetischem Quarzglas. Zu dem günstigeren Verhalten trägt bei, dass die Lichtabsorption in Kalziumfluorid und vergleichbaren Fluoridkristallmaterialien bei den hier betrachteten Wellenlängen unterhalb von 260 nm, insbesondere im Bereich um 193 nm, kleiner ist als die Lichtabsorption in synthetischem Quarzglas, so dass eine absorptionsbedingte Erwärmung bei Fluoridkristallmaterialien schwächer ist als bei synthetischem Quarzglas. Außerdem ist die spezifische Wärmeleitfähigkeit von Fluoridkristallmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, deutlich größer als die Wärmeleitfähigkeit von synthetischem Quarzglas. Dies hat unter anderem zur Folge, dass bei ungleichmäßiger Ausleuchtung einer Linse, wie sie beispielsweise bei einem extremen Beleuchtungs-Setting auftreten kann, die wenigen hochbelasteten und damit deutlich erwärmten Bereiche einer Linse ihre Wärmeenergie sehr effektiv in die umgebenden Bereiche und damit in die gesamte Linse ableiten können. Eine Folge davon ist, dass eine eventuelle strahlungsinduzierte Erwärmung einer ungleichmäßig beleuchteten Linse aus Fluoridkristallmaterial über die gesamte Linse sehr viel homogener erfolgt als bei einer Quarzglaslinse gleicher Gestalt unter identischer inhomogener Beleuchtung. Die bessere Wärmeverteilung führt wiederum dazu, dass die durch Linsenerwärmung generierten Aberrationen bei Fluoridkristallmaterialien deutlich langwelliger und damit einfacher zur korrigieren sind als im Falle von Quarzglaslinsen.By complying with these conditions, it may be possible to reduce the disadvantageous effects of "lens heating" mentioned above in comparison with conventional systems from the outset by producing certain lenses, which in principle could also be made of synthetic quartz glass, from a crystalline fluoride material. It is exploited that certain suitable for the production of lenses fluoride crystal materials, such as calcium fluoride (CaF 2 ), barium fluoride (BaF 2 ) or lithium fluoride (LiF), with respect to Linsenerwärmung show a much more favorable behavior than comparable lenses made of synthetic quartz glass. The more favorable behavior contributes to the fact that the light absorption in calcium fluoride and comparable fluoride crystal materials at the wavelengths considered here below 260 nm, in particular in the range around 193 nm, is smaller than the light absorption in synthetic quartz glass, so that absorption-related heating is weaker in fluoride crystal materials as with synthetic quartz glass. In addition, the specific thermal conductivity of fluoride crystal materials, such as calcium fluoride, is significantly greater than the thermal conductivity of synthetic silica glass. This has the consequence, among other things, that in the case of uneven illumination of a lens, as may occur, for example, in an extreme lighting setting, the few highly stressed and thus significantly heated areas of a lens very effectively transfer their heat energy into the surrounding areas and thus into the entire lens can derive. One consequence of this is that any radiation-induced heating of a non-uniformly illuminated lens made of fluoride crystal material over the entire lens is much more homogeneous than with a quartz glass lens of the same shape under identical inhomogeneous illumination. The better heat distribution, in turn, means that the aberrations generated by lens warming in the case of fluoride crystal materials are significantly longer-wavelength and thus easier to correct than in the case of quartz glass lenses.
Zusätzlich zu diesen durch die spezifische Materialwahl bedingten Vorteilen wird gemäß der beanspruchten Erfindung das Fluoridkristallmaterial besonders für Linsen mit relativ kleinem optischem freiem Durchmesser innerhalb mindestens einer Taillengruppe verwendet. Solche Linsen liegen im Bereich einer lokalen Einschnürung des Projektionsstrahlengangs und sind somit einer besonders hohen spezifischen Strahlungswärmebelastung ausgesetzt. Hier wirken sich die oben genannten Vorteile besonders stark vorteilhaft aus. Unter anderem kann bei relativ kleinen Linsen die Wärmeableitung in lateraler Richtung zur Fassung besonders effizient gestaltet sein. In addition to these advantages due to the specific choice of materials, according to the claimed invention, the fluoride crystal material is used particularly for relatively small free optical diameter lenses within at least one waist group. Such lenses are in the region of a local constriction of the projection beam path and are thus exposed to a particularly high specific radiation heat load. Here, the advantages mentioned above have a particularly strong beneficial effect. Among other things, with relatively small lenses, the heat dissipation in the lateral direction to the socket can be made particularly efficient.
Die praktische Umsetzung des neuen Konzepts wird in wirtschaftlicher Hinsicht dadurch erleichtert, dass für die Herstellung von Linsen taugliche Fluoridkristallmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, mit großen Volumina bzw. großen Durchmessern nur unter hohen Kosten in optisch akzeptabler Qualität verfügbar sind. Für die Herstellung im Durchmesser relativ kleiner Linsen kann jedoch ausreichend Linsenmaterial zu vertretbaren Kosten beschafft werden.The practical implementation of the new concept is facilitated in economic terms by the fact that fluoride crystal materials suitable for the production of lenses, such as calcium fluoride, with large volumes or large diameters are only available at high cost in optically acceptable quality. For the production in the diameter of relatively small lenses, however, sufficient lens material can be procured at a reasonable cost.
Eventuelle Probleme aufgrund intrinsischer Doppelbrechung von Fluoridkristallmaterialien können vermieden oder auf ein unbedeutendes Ausmaß reduziert werden, u. a. da in einer Taillengruppe die Strahlwinkel durchtretender Strahlen in der Regel relativ klein sind. Zudem kann die Kristallorientierung in Fluoridkristalllinsen so gewählt werden, dass die Effekte klein sind. Bei Verwendung mehrerer Fluoridkristalllinsen kann bei Bedarf durch geeignet gewählte gegeneinander verdrehte Kristallorientierungen („Clocking”) eine Kompensation erreicht werden.Possible problems due to intrinsic birefringence of fluoride crystal materials can be avoided or reduced to an insignificant extent, i.a. a. since in a waist group the beam angles of rays passing through are generally relatively small. In addition, the crystal orientation in fluoride crystal lenses can be chosen so that the effects are small. When using several fluoride crystal lenses compensation can be achieved if necessary by suitably selected mutually rotated crystal orientations ("clocking").
Es ist bekannt, dass die Möglichkeit existiert, beispielsweise Kalziumfluorid in Kombination mit Quarzglaslinsen zur Achromatisierung katadioptrischer Projektionsobjektive zu verwenden. Hierbei fungiert das Fluoridkristallmaterial Kalziumfluorid gegenüber dem Quarzglasmaterial als Kron-Material und wird daher vorzugsweise in Positivlinsen verwendet. Diese Positivlinsen sind typischerweise in Bereichen relativ großer Randstrahlhöhen angeordnet und stehen unmittelbar benachbart zu Negativlinsen aus synthetischem Quarzglas, welches im Vergleich zu Kalziumfluorid als Flint-Material wirkt. Die Begriffe „Kron-Material” und „Flint-Material” stellen hierbei auf die unterschiedlichen Dispersionseigenschaften bzw. die unterschiedlichen Abbe-Zahlen der Materialien ab. Im Bereich des optischen Designs werden Materialien mit relativ größerer Abbe-Zahl und generell relativ geringer Dispersion als „Kron-Materialien” bezeichnet, während das andere Material, das demgegenüber eine relativ kleinere Abbe-Zahl entsprechend einer relativ höheren Dispersion hat, häufig als „Flint-Material” bezeichnet wird. Will man eine Linsenkombination aus Quarzglaslinse und Kalziumfluoridlinse zur optischen Achromatisierung verwenden, so wird die Linsenkombination vorzugsweise bei sehr großen optischen freien Durchmessern verwendet, beispielsweise in der Nähe der Systemblende in einem der Bildebene nahen Objektivteil.It is known that there exists the possibility of using, for example, calcium fluoride in combination with quartz glass lenses for the achromatization of catadioptric projection objectives. Here, the fluoride crystal material calcium fluoride acts as a crown material to the silica glass material and therefore is preferably used in positive lenses. These positive lenses are typically arranged in areas of relatively large marginal beam heights and are immediately adjacent to synthetic quartz glass negative lenses, which acts as a flint material compared to calcium fluoride. The terms "crown material" and "flint material" hereby refer to the different dispersion properties or the different Abbe numbers of the materials. In the field of optical design, materials having a relatively larger Abbe number and generally relatively less dispersion are referred to as "crown materials", while the other material, in contrast, having a relatively smaller Abbe number corresponding to a relatively higher dispersion, is often referred to as "Flint -Material "is called. If one wishes to use a lens combination of quartz glass lens and calcium fluoride lens for optical achromatization, then the lens combination is preferably used with very large optical free diameters, for example in the vicinity of the system diaphragm in an objective part close to the image plane.
Demgegenüber ist theoretisch die Verwendung von Fluoridkristallmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, in relativ kleinen Linsen innerhalb einer Taillengruppe für die Achromatisierung eher nachteilig. Ein eventuell nachteiliger Einfluss ist jedoch wegen der im Bereich von Taillengruppen vorliegenden relativ kleinen Randstrahlhöhen eher untergeordnet. Die Überlegungen zeigen, dass eine Verwendung von Fluoridkristallmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, in relativ kleinen Linsen innerhalb einer Taillengruppe für eine Achromatisierung eher nachteilig wäre und daher vermieden werden würde, wenn das Fluoridkristallmaterial zum Zwecke der Achromatisierung genutzt werden soll.In contrast, theoretically, the use of fluoride crystal materials, such as calcium fluoride, in relatively small lenses within a waist group is rather disadvantageous for achromatization. However, a possibly disadvantageous influence is rather inferior because of the relatively small edge beam heights present in the area of waist groups. The considerations indicate that using fluoride crystal materials, such as calcium fluoride, in relatively small lenses within a waist group would rather be detrimental to achromatization and would therefore be avoided if the fluoride crystal material were to be used for achromatization purposes.
Obwohl es möglich ist, dass eine Taillengruppe nur eine einzige Fluoridkristalllinse aufweist, sind vorzugsweise mehrere Fluoridkristalllinsen innerhalb der Taillengruppe vorgesehen, z. B. zwei, drei, vier oder fünf.Although it is possible for a waist group to have only a single fluoride crystal lens, it is preferable to provide a plurality of fluoride crystal lenses within the waist group, e.g. B. two, three, four or five.
Insbesondere kann eine Taillengruppe mindestens zwei unmittelbar aufeinander folgende Fluoridkristalllinsen aufweisen, gegebenenfalls auch drei oder mehr unmittelbar aufeinanderfolgende Fluoridkristalllinsen.In particular, a waist group may have at least two immediately successive fluoride crystal lenses, optionally also three or more immediately successive fluoride crystal lenses.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn mindestens eine Negativlinse der Taillengruppe aus einem kristallinen Fluoridmaterial besteht, so dass die Taillengruppe mindestens eine Fluoridkristalllinse mit negativer Brechkraft (Negativ-Fluoridkristalllinse) aufweist. Bei manchen Ausführungsformen sind zwei oder mehr unmittelbar aufeinanderfolgende Negativ-Fluoridkristalllinsen vorgesehen. Eine Taillengruppe kann beispielsweise mindestens eine bikonkave Negativ-Fluoridkristalllinse aufweisen, so dass starke negative Brechkraft durch eine Fluoridkristalllinse bereitgestellt werden kann.It has proven to be particularly advantageous if at least one negative lens of the waist group consists of a crystalline fluoride material, so that the waist group has at least one fluoride crystal lens with negative refractive power (negative fluoride crystal lens). In some embodiments, two or more contiguous negative fluoride crystal lenses are provided. For example, a waist group may include at least one biconcave negative fluoride crystalline lens so that strong negative refractive power can be provided by a fluoride crystal lens.
Die erste und die zweite Grenzlinse, welche die Taillengruppe an der Objektseite bzw. an der Bildseite einrahmen, haben im Vergleich zu den Linsen der Taillengruppe größere freie optische Durchmesser. Wenigstens eine der Grenzlinsen kann aus Quarzglas gefertigt sein. Insbesondere kann es so sein, dass sowohl die erste Grenzlinse als auch die zweite Grenzlinse eine Quarzglaslinse ist. Da unter anderem aufgrund des relativ großen freien optischen Durchmessers die flächenspezifische Strahlenbelastung im Vergleich zu kleineren Linsen geringer ist, können hier die Vorteile von Quarzglaslinsen gegenüber Fluoridkristalllinsen (z. B. gute Verfügbarkeit bei moderaten Kosten, gute Bearbeitbarkeit) genutzt werden.The first and second boundary lenses which frame the waist group on the object side and on the image side, respectively, have larger free optical diameters compared to the lenses of the waist group. At least one of the border lenses may be made of quartz glass. In particular, it may be that both the first boundary lens and the second boundary lens is a quartz glass lens. Because, inter alia, due to the relatively large free optical diameter, the area-specific radiation exposure is lower compared to smaller lenses, the advantages of quartz glass lenses over fluoride crystal lenses (eg good availability at moderate cost, good machinability) can be used here.
Die an der Objektseite der Taillengruppe angeordnete erste Grenzlinse ist vorzugsweise eine Positivlinse, die auf die durchtretende Strahlung eine konvergierende Wirkung ausübt, um Strahlung konvergierend in die Taillengruppe einzuleiten. Vorzugsweise ist die zweite Grenzlinse, die der Taillengruppe auf der Bildseite unmittelbar folgt, ebenfalls eine Positivlinse. Sie hat unter anderem die Aufgabe, die aus der Taillengruppe austretende divergente Strahlung zu sammeln.The first boundary lens disposed on the object side of the waist group is preferably a positive lens that has a converging effect on the penetrating radiation to converge radiation into the waist group. Preferably, the second boundary lens immediately following the waist group on the image side is also a positive lens. Among other things, it has the task of collecting the divergent radiation emerging from the waist group.
Eine besonders günstige Strahlführung ergibt sich, wenn unmittelbar vor einer der Objektfläche nächsten Fluoridkristalllinse einer Taillengruppe eine Quarzglaslinse mit einer (der Fluoridkristalllinse zugewandten) konkaven Austrittsfläche angeordnet ist und/oder wenn unmittelbar hinter einer der Bildfläche nächsten Fluoridkristalllinse einer Taillengruppe eine Quarzglaslinse mit einer konkaven Eintrittsfläche angeordnet ist. Hierdurch können gegebenenfalls bei relativ großen Werten der Randstrahlwinkel (Winkel der Randstrahlen gemessen zur optischen Achse) relative kleine Inzidenzwinkel (Winkel der auf eine Linsenfläche eintreffenden Strahlen relativ zur Oberflächennormale am Auftreffpunkt) erzielt werden.A particularly favorable beam guidance is obtained if a quartz glass lens with a (the fluoride crystal lens facing) concave exit surface is disposed immediately in front of one of the object surface next fluoride crystal lens of a waist group and / or if arranged directly behind one of the image surface next fluoride crystal lens of a waist group a quartz glass lens with a concave entrance surface is. As a result, relatively small angles of incidence (angles of the rays impinging on a lens surface relative to the surface normal at the point of impact) can be achieved at relatively large values of the edge beam angle (angle of the marginal rays measured relative to the optical axis).
Ein katadioptrisches Projektionsobjektiv gemäß der beanspruchten Erfindung kann so ausgelegt sein, dass zwischen Objektfläche und Bildfläche mindestens ein reelles Zwischenbild gebildet wird. Zur Erzielung höchster bildseitiger numerischer Aperturen im Bereich von NA = 0,9 oder darüber, insbesondere bei Projektionsobjektiven für die Immersionslithografie mit dem Potenzial für numerische Aperturen NA > 1, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Projektionsobjektiv einen ersten Objektivteil zur Abbildung eines Objektfelds in ein erstes reelles Zwischenbild, einen zweiten Objektivteil zur Erzeugung eines zweiten reellen Zwischenbilds mit der von dem ersten Objektivteil kommenden Strahlung sowie einen dritten Objektivteil zur Abbildung des zweiten reellen Zwischenbilds in die Bildebene aufweist. Ein derartiger dreigliedriger Aufbau mit genau zwei reellen Zwischenbildern kann mit geometrischer Strahlteilung und gefalteter optischer Achse oder auch ohne geometrische Strahlteilung mit einer einzigen geradlinigen durchgehenden optischen Achse (In-line-System) ausgestaltet sein.A catadioptric projection objective according to the claimed invention may be designed such that at least one real intermediate image is formed between the object surface and the image surface. In order to achieve highest image-side numerical apertures in the range of NA = 0.9 or more, in particular for projection lenses for immersion lithography with the potential for numerical apertures NA> 1, it has proven to be advantageous if the projection objective has a first objective part for imaging an object field in a first real intermediate image, a second objective part for generating a second real intermediate image with the radiation coming from the first objective part and a third objective part for imaging the second real intermediate image into the image plane. Such a threefold structure with exactly two real intermediate images can be designed with geometric beam splitting and folded optical axis or even without geometric beam splitting with a single rectilinear, continuous optical axis (in-line system).
Es gibt Ausführungsbeispiele, bei denen zumindest im ersten Objektivteil eine Taillengruppe der genannten Art angeordnet ist. Diese Varianten können so ausgelegt sein, dass zwischen der Objektfläche und dem ersten Zwischenbild eine erste Pupillenfläche liegt und eine Taillengruppe im ersten Objektivteil derart angeordnet ist, dass die erste Pupillenfläche im Bereich der Taillengruppe liegt. Die Taillengruppe kann eine Negativlinse aus Fluoridkristallmaterial enthalten, dies ist jedoch nicht notwendig und bei manchen Ausführungsformen auch nicht vorgesehen.There are exemplary embodiments in which a waist group of the type mentioned is arranged at least in the first objective part. These variants can be designed such that a first pupil surface lies between the object surface and the first intermediate image, and a waist group is arranged in the first objective part such that the first pupil surface lies in the region of the waist group. The waist group may include a negative lens of fluoride crystal material, but this is not necessary and is not provided in some embodiments.
Die Taillengruppe kann mindestens zwei unmittelbar aufeinanderfolgende optische Elemente aus einem kristallinen Fluoridmaterial aufweisen, zum Beispiel zwei, drei oder vier.The waist group may comprise at least two contiguous optical elements of a crystalline fluoride material, for example two, three or four.
Bei manchen Varianten weist diese Taillengruppe eine im Wesentlichen brechkraftfreie transparente Platte aus einem kristallinen Fluoridmaterial auf, die unmittelbar bei der ersten Pupillenfläche angeordnet ist. Diese transparente Platte kann zum Beispiel austauschbar und auf einer Seite asphärisiert sein, um als Wellenfrontkorrekturelement zu dienen. Die transparente Platte kann auch der im Projektionsstrahlengang liegende optisch wirksame Bestandteil eines ansteuerbaren Manipulators sein, mit welchem die Wellenfront der Projektionsstrahlung dynamisch gegebenenfalls während des Betriebs des Projektionsobjektivs verändert werden kann. Die transparente Platte kann alternativ auch aus Quarzglas bestehen.In some variants, this waist group has a substantially refraction-free transparent plate of a crystalline fluoride material disposed immediately adjacent to the first pupil surface. For example, this transparent plate may be replaceable and aspherized on one side to serve as a wavefront correcting element. The transparent plate can also be the optically active component of a controllable manipulator lying in the projection beam path, with which the wavefront of the projection radiation can optionally be dynamically changed during operation of the projection objective. The transparent plate may alternatively consist of quartz glass.
Wenn eine Taillengruppe innerhalb des dritten Objektivteils angeordnet ist, die das zweite Zwischenbild in die Bildebene abbildet, so kann eine Anordnung mit optischem Abstand von der dortigen Pupillenfläche vorteilhaft sein. In dem dritten Objektivteil kann zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildfläche eine dritte Pupillenfläche liegen und eine Taillengruppe im dritten Objektivteil kann optisch entfernt von der dritten Pupillenfläche derart angeordnet sein, dass zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Taillengruppe eine oder mehrere Positivlinsen aus synthetischem Quarzglas (also Positiv-Quarzglaslinsen) und zwischen der Taillengruppe und der dritten Pupillenfläche ebenfalls eine oder mehrere Positivlinsen aus synthetischem Quarzglas angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann die Petzval-Korrektur, also die Korrektur der Bildfeldkrümmung, positiv unterstützt werden.If a waist group is arranged within the third objective part, which images the second intermediate image into the image plane, an arrangement with optical distance from the pupil surface there can be advantageous. A third pupil surface may lie in the third objective part between the second intermediate image and the image surface, and a waist group in the third objective part may be arranged optically removed from the third pupil surface in such a way that between the second intermediate image and the waist group one or more synthetic quartz glass positive lenses (ie Positive quartz glass lenses) and between the waist group and the third pupil surface are also arranged one or more positive lenses of synthetic quartz glass. By this arrangement, the Petzval correction, ie the correction of the field curvature, can be positively supported.
Bei manchen Ausführungsformen hat die Taillengruppe im dritten Objektivteil zwei unmittelbar aufeinanderfolgende bikonkave Negativlinsen aus einem kristallinen Fluoridmaterial. Es kann sich dabei um die im Durchmesser kleinsten Linsen des gesamten dritten Objektivteils handeln. In some embodiments, the waist group in the third lens part has two consecutive biconcave negative lenses of a crystalline fluoride material. It may be the smallest in diameter lenses of the entire third objective part.
Das Projektionsobjektiv kann eine einzige Taillengruppe aufweisen. Es ist auch möglich, dass das Projektionsobjektiv zwei separate Taillengruppen in unterschiedlichen Abschnitten des Projektionsstrahlengangs bzw. in unterschiedlichen Objektivteilen enthält.The projection lens may have a single waist group. It is also possible for the projection objective to contain two separate waist groups in different sections of the projection beam path or in different objective parts.
Zusätzlich zu einer oder mehreren Taillengruppen kann der Einsatz von Fluoridkristalllinsen auch an anderen Stellen unter Umständen sinnvoll sein. Gemäß einer Weiterbildung weist der Projektionsstrahlengang einen zwischen der Objektebene und dem Konkavspiegel verlaufenden ersten Teilstrahlengang und einen zwischen dem Konkavspiegel und der Bildebene verlaufenden zweiten Teilstrahlengang auf und mindestens eine Negativlinse aus einem kristallinen Fluoridmaterial ist derart in einem doppeldurchtretenden Bereich angeordnet, dass der erste und der zweite Teilstrahlengang durch die Negativlinse führen. Die wegen des doppelten Strahlungsdurchgangs zu erwartende stärkere Linsenerwärmung kann wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit des Fluoridkristallmaterials und der damit verbundenen effizienteren Wärmeabfuhr geringer ausfallen als im Falle von Quarzglas.In addition to one or more waist groups, the use of fluoride crystal lenses may also be useful elsewhere. According to a further development, the projection beam path has a first partial beam path extending between the object plane and the concave mirror and a second partial beam path extending between the concave mirror and the image plane, and at least one negative lens of a crystalline fluoride material is arranged in a double-penetrating region such that the first and the second Partial beam path through the negative lens lead. Due to the better thermal conductivity of the fluoride crystal material and the associated more efficient heat dissipation, the stronger lens warming to be expected due to the double radiation passage can be lower than in the case of quartz glass.
Es kann auch sinnvoll sein, manche Linsen bewusst nicht aus einem Fluoridkristallmaterial zu fertigen. Bei manchen Ausführungsformen umfassen die Linsen eine der Bildebene nächstliegende letzte Linse, die aus synthetischem Quarzglas besteht. Aufgrund der gegenüber Fluoridkristallmaterialien höheren Brechzahl von Quarzglas sind dadurch höhere bildseitige numerische Aperturen möglich.It may also be useful to deliberately not make some lenses from a fluoride crystal material. In some embodiments, the lenses include a last lens closest to the image plane that is made of synthetic quartz glass. Due to the higher refractive index of quartz glass compared to fluoride crystal materials, higher image-side numerical apertures are possible as a result.
In allen Ausführungsformen ist es bevorzugt, wenn das Projektionsobjektiv mehr Quarzglaslinsen als Fluoridkristalllinsen aufweist. Insbesondere können mehr als 60% oder mehr als 70% aller Linsen aus Quarzglas gefertigt sein.In all embodiments it is preferred if the projection objective has more quartz glass lenses than fluoride crystal lenses. In particular, more than 60% or more than 70% of all lenses can be made of quartz glass.
Die Erfindung betrifft auch ein Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ < 260 nm. Bei dem Projektionsbelichtungsverfahren wird ein Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung verwendet.The invention also relates to a projection exposure method for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the region of an image surface of a projection lens to at least one image of a pattern of a mask arranged in the region of an object surface of the projection lens by means of electromagnetic radiation having a working wavelength λ <260 nm. In the projection exposure method, a projection objective used according to the invention.
Vorzugsweise wird in mindestens einem Belichtungsmodus eine multipolare Beleuchtung verwendet, z. B. eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung.Preferably, in at least one exposure mode, a multipolar illumination is used, e.g. B. a dipole illumination or a quadrupole illumination.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildebene eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektebene des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mit: einer primären Strahlungsquelle zur Abgabe von Primärstrahlung mit einer Arbeitswellenlänge λ < 260 nm; einem Beleuchtungssystem zum Empfang der Primärstrahlung und zur Erzeugung einer auf die Maske gerichteten Beleuchtungsstrahlung; und einem Projektionsobjektiv zur Erzeugung mindestens eines Bildes des Musters im Bereich der Bildfläche des Projektionsobjektivs, wobei das Projektionsobjektiv gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.Furthermore, the invention relates to a projection exposure apparatus for exposing a radiation-sensitive substrate arranged in the region of an image plane of a projection lens to at least one image of a pattern of a mask arranged in the region of an object plane of the projection lens, comprising: a primary radiation source for emitting primary radiation having a working wavelength λ <260 nm ; an illumination system for receiving the primary radiation and for producing an illumination radiation directed onto the mask; and a projection lens for generating at least one image of the pattern in the region of the image surface of the projection lens, wherein the projection objective is configured according to the invention.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Bei der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnet der Begriff „optische Achse” eine gerade Linie oder eine Folge von geraden Linienabschnitten durch die Krümmungsmittelpunkte der optischen Elemente. Die optische Achse kann an Faltungsspiegeln (Umlenkspiegeln) oder anderen reflektierenden Flächen gefaltet werden. Das Objekt ist in den Beispielen eine Maske (Retikel) mit dem Muster einer integrierten Schaltung, es kann sich auch um ein anderes Muster, beispielsweise eines Gitters, handeln. Das Bild wird in den Beispielen auf einen mit einer Photoresistschicht versehenen Wafer projiziert, der als Substrat dient. Es sind auch andere Substrate, beispielsweise Elemente für Flüssigkeitskristallanzeigen oder Substrate für optische Gitter möglich.In the following description of preferred embodiments, the term "optical axis" refers to a straight line or a series of straight line sections through the centers of curvature of the optical elements. The optical axis can be folded at folding mirrors (deflecting mirrors) or other reflecting surfaces. The object in the examples is a mask (reticle) with the pattern of an integrated circuit, it can also be a different pattern, for example a grid. The image is projected in the examples onto a wafer provided with a photoresist layer, which serves as a substrate. Other substrates, such as liquid crystal display elements or optical grating substrates, are also possible.
In
Ein der Lichtquelle LS nachgeschaltetes Beleuchtungssystem ILL erzeugt in seiner Austrittsfläche ES ein großes, scharf begrenztes und im Wesentlichen homogen ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld, das an die Telezentrie-Erfordernisse des im Lichtweg dahinter angeordneten Projektionsobjektivs PO angepasst ist. Das Beleuchtungssystem ILL hat Einrichtungen zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi (Beleuchtungs-Settings) und kann beispielsweise zwischen konventioneller on-axis-Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad σ und außeraxialer Beleuchtung (off-axis illumination) umgeschaltet werden, wobei die außeraxialen Beleuchtungsmodi beispielsweise eine annulare Beleuchtung oder eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung oder eine andere multipolare Beleuchtung umfassen. Der Aufbau geeigneter Beleuchtungssysteme ist an sich bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Die Patentanmeldung
Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage.Those optical components which receive the light from the laser LS and form illumination radiation from the light which is directed onto the reticle M belong to the illumination system ILL of the projection exposure apparatus.
Im Lichtweg hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren der Maske M (Retikel) so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt, welche mit der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems zusammenfällt und hier auch als Retikelebene OS bezeichnet wird. Die Maske ist in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse OA (z-Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar.In the light path behind the illumination system, a device RS for holding and manipulating the mask M (reticle) is arranged such that the pattern arranged on the reticle lies in the object plane OS of the projection objective PO, which coincides with the exit plane ES of the illumination system and here also as the reticle plane OS is called. The mask is movable in this plane for scanner operation in a scan direction (y-direction) perpendicular to the optical axis OA (z-direction) by means of a scan drive.
Hinter der Retikelebene OS folgt das Projektionsobjektiv PO, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:4 (|β| = 0.25) oder 1:5 (|β| = 0.20), auf ein mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegtes Substrat W abbildet, dessen lichtempfindliche Substratoberfläche SS im Bereich der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt.Behind the reticle plane OS follows the projection objective PO which acts as a reduction objective and an image of the pattern arranged on the mask M on a reduced scale, for example at a scale of 1: 4 (| β | = 0.25) or 1: 5 (| β | = 0.20 ) is imaged onto a substrate W coated with a photoresist layer or photoresist layer whose photosensitive substrate surface SS lies in the region of the image plane IS of the projection objective PO.
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse OA in einer Scanrichtung (y-Richtung) zu bewegen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage” bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als „Retikelstage” bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird, welche bei der Ausführungsform in die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage integriert ist. The substrate to be exposed, which in the example is a semiconductor wafer W, is held by a device WS comprising a scanner drive to move the wafer in synchronism with the reticle M perpendicular to the optical axis OA in a scanning direction (y direction). to move. The device WS, which is also referred to as "wafer days", and the device RS, which is also referred to as "reticle days", are part of a scanner device which is controlled via a scan control device, which in the embodiment is transferred to the central control device CU the projection exposure system is integrated.
Das vom Beleuchtungssystem ILL erzeugte Beleuchtungsfeld definiert das bei der Projektionsbelichtung genutzte effektive Objektfeld OF. Dieses ist im Beispielsfall rechteckförmig, hat eine parallel zur Scanrichtung (y-Richtung) gemessene Höhe A* und eine senkrecht dazu (in x-Richtung) gemessene Breite B* > A*. Das Aspektverhältnis AR = B*/A* liegt in der Regel zwischen 2 und 10, insbesondere zwischen 3 und 6. Das effektive Objektfeld liegt mit Abstand in y-Richtung neben der optischen Achse (off-axis Feld bzw. außeraxiales Feld). Das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld in der Bildfläche IS hat die gleiche Form und das gleiche Aspektverhältnis zwischen Höhe B und Breite A wie das effektive Objektfeld, die absolute Feldgröße ist jedoch um den Abbildungsmaßstab β des Projektionsobjektivs reduziert, d. h. A = |β|A* und B = |β|B*.The illumination field generated by the illumination system ILL defines the effective object field OF used in the projection exposure. This is rectangular in the example case, has a parallel to the scanning direction (y-direction) measured height A * and a perpendicular thereto (in the x-direction) measured width B *> A *. The aspect ratio AR = B * / A * is generally between 2 and 10, in particular between 3 and 6. The effective object field is located at a distance in the y-direction next to the optical axis (off-axis field or off-axis field). The effective image field optically conjugate to the effective object field in the image area IS has the same shape and aspect ratio between height B and width A as the effective object field, but the absolute field size is reduced by the magnification β of the projection objective, i. H. A = | β | A * and B = | β | B *.
Das Projektionsobjektiv ist als verkleinernd wirkendes Abbildungssystem dafür vorgesehen, ein in seiner Objektebene OS angeordnetes Muster einer Maske in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1, auf seine parallel zur Objektebene ausgerichtete Bildebene IS abzubilden. Dabei werden zwischen Objektebene und Bildebene genau zwei reelle Zwischenbilder IMI1, IMI2 erzeugt. Ein erster, ausschließlich mittransparenten optischen Elementen aufgebauter und daher refraktiver (dioptrischer) Objektivteil OP1 ist so ausgelegt, dass das Muster der Objektebene im Wesentlichen ohne Größenänderung in das erste Zwischenbild IMI1 abgebildet wird. Ein zweiter, katadioptrischer Objektivteil OP2 bildet das erste Zwischenbild IMI1 auf das zweite Zwischenbild IMI2 im Wesentlichen ohne Größenänderung ab. Ein dritter, rein refraktiver Objektivteil OP3 ist dafür ausgelegt, das zweite Zwischenbild IMI2 mit starker Verkleinerung in die Bildebene IS abzubilden.The projection objective is provided as a reduction-acting imaging system for imaging a pattern of a mask arranged in its object plane OS on a reduced scale, for example on a scale of 4: 1, onto its image plane IS aligned parallel to the object plane. In this case, exactly two real intermediate images IMI1, IMI2 are generated between the object plane and the image plane. A first (dioptric) objective part OP1 constructed exclusively with transparent optical elements and therefore refractive (dioptric) is designed such that the pattern of the object plane is imaged into the first intermediate image IMI1 essentially without any change in size. A second, catadioptric objective part OP2 images the first intermediate image IMI1 onto the second intermediate image IMI2 essentially without any change in size. A third, purely refractive objective part OP3 is designed to image the second intermediate image IMI2 into the image plane IS with great reduction.
Zwischen der Objektebene und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene liegen jeweils Pupillenflächen P1, P2, P3 des Abbildungssystems dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse OA schneidet. Im Bereich der Pupillenfläche P3 des dritten Objektivteils OP3 ist die Aperturblende AS des Systems angebracht. Die Pupillenfläche P2 innerhalb des katadioptrischen zweiten Objektivteils OP2 liegt in unmittelbarer Nähe eines Konkavspiegels CM.Between the object plane and the first intermediate image, between the first and the second intermediate image and between the second intermediate image and the image plane, there are respective pupil surfaces P1, P2, P3 of the imaging system where the main beam CR of the optical image intersects the optical axis OA. In the area of the pupil surface P3 of the third objective part OP3, the aperture stop AS of the system is attached. The pupil surface P2 within the catadioptric second objective part OP2 is in the immediate vicinity of a concave mirror CM.
Wenn das Projektionsobjektiv als Immersionsobjektiv ausgelegt ist und betrieben wird, dann wird im Betrieb des Projektionsobjektivs eine dünne Schicht einer Immersionsflüssigkeit durchstrahlt, die sich zwischen der Austrittsfläche des Projektionsobjektivs und der Bildebene IS befindet. Immersionsobjektive mit einem vergleichbaren Grundaufbau sind z. B. in der internationalen Patentanmeldung
Der katadioptrische zweite Objektivteil OP2 enthält den einzigen Konkavspiegel CM des Projektionsobjektivs. Unmittelbar vor dem Konkavspiegel befindet sich eine Negativgruppe NG mit zwei Negativlinsen L2-2 und L2-3. In dieser gelegentlich als Schupmann-Achromat bezeichneten Anordnung wird die Petzvalkorrektur, d. h. die Korrektur der Bildfeldkrümmung, durch die Krümmung des Konkavspiegels und die Negativlinsen in dessen Nähe, die chromatische Korrektur durch die Brechkraft der Negativlinsen vor dem Hohlspiegel sowie die Blendenlage bezüglich des Hohlspiegels erreicht.The catadioptric second objective part OP2 contains the single concave mirror CM of the projection objective. Immediately before the concave mirror is a negative group NG with two negative lenses L2-2 and L2-3. In this arrangement, sometimes called Schupmann achromat, the Petzvalkorrektur, d. H. the correction of the field curvature, by the curvature of the concave mirror and the negative lenses in the vicinity, the chromatic correction achieved by the refractive power of the negative lenses in front of the concave mirror and the diaphragm position with respect to the concave mirror.
Eine reflektive Umlenkeinrichtung dient dazu, das von der Objektebene OS zum Konkavspiegel CM verlaufende Strahlenbündel bzw. den entsprechenden Teilstrahlengang von demjenigen Strahlbündel bzw. Teilstrahlengang zu trennen, der nach Reflexion am Konkavspiegel zwischen diesem und der Bildebene IS verläuft. Hierzu hat die Umlenkeinrichtung einen ebenen ersten Umlenkspiegel FM1 zur Reflexion der von der Objektebene kommenden Strahlung zum Konkavspiegel CM und einen im rechten Winkel zum ersten Umlenkspiegel FM1 ausgerichteten zweiten Umlenkspiegel FM2, der die vom Konkavspiegel reflektierte Strahlung Richtung Bildebene IS umlenkt. Da an den Umlenkspiegeln die optische Achse gefaltet wird, werden die Umlenkspiegel in dieser Anmeldung auch als Faltungsspiegel bezeichnet. Die Umlenkspiegel sind gegenüber der optischen Achse OA des Projektionsobjektivs um senkrecht zur optischen Achse und parallel zu einer ersten Richtung (x-Richtung) verlaufende Kippachsen gekippt, z. B. um 45°. Bei einer Auslegung des Projektionsobjektivs für den Scanbetrieb ist die erste Richtung (x-Richtung) senkrecht zur Scan-Richtung (y-Richtung) und damit senkrecht zur Bewegungsrichtung von Maske (Retikel) und Substrat (Wafer). Die Umlenkeinrichtung wird hierzu durch ein Prisma realisiert, dessen außen verspiegelte, senkrecht zueinander ausgerichteten Kathetenflächen als Umlenkspiegel dienen.A reflective deflection device serves to separate the beam bundle extending from the object plane OS to the concave mirror CM or the corresponding partial beam path from the beam bundle or partial beam path that runs after reflection at the concave mirror between it and the image plane IS. For this purpose, the deflecting device has a plane first deflecting mirror FM1 for reflecting the radiation coming from the object plane to the concave mirror CM and a second deflecting mirror FM2 aligned at right angles to the first deflecting mirror FM1 and reflecting the radiation reflected by the concave mirror Direction image plane IS redirects. Since the optical axis is folded at the deflecting mirrors, the deflecting mirrors in this application are also referred to as folding mirrors. The deflecting mirrors are tilted with respect to the optical axis OA of the projection lens about tilting axes extending perpendicular to the optical axis and parallel to a first direction (x-direction), e.g. B. by 45 °. In a design of the projection objective for the scanning operation, the first direction (x-direction) is perpendicular to the scanning direction (y-direction) and thus perpendicular to the direction of movement of the mask (reticle) and substrate (wafer). For this purpose, the deflection device is realized by a prism, the outside of which mirrored, perpendicularly aligned catheter surfaces serve as deflecting mirrors.
Die Zwischenbilder IMI1, IMI2 liegen jeweils in der optischen Nähe der ihnen nächstliegenden Faltungsspiegel FM1 bzw. FM2, haben jedoch zu diesen einen optischen Abstand, so dass eventuelle Fehler auf den Spiegelflächen nicht scharf in die Bildebene abgebildet werden und die ebenen Umlenkspiegel (Planspiegel) FM1, FM2 im Bereich moderater Strahlungsenergiedichte liegen.The intermediate images IMI1, IMI2 are in each case in the optical proximity of their closest folding mirrors FM1 and FM2, but have an optical distance to them, so that any errors on the mirror surfaces are not sharply imaged in the image plane and the plane deflection mirror (plane mirror) FM1 , FM2 are in the range of moderate radiation energy density.
Die Positionen der (paraxialen) Zwischenbilder definieren Feldebenen des Systems, welche optisch konjugiert zur Objektebene bzw. zur Bildebene sind. Die Umlenkspiegel liegen in optischer Nähe zu Feldebenen des Systems, was im Rahmen dieser Anmeldung auch als „feldnah” bezeichnet wird. Dabei ist der erste Umlenkspiegel in optischer Nähe einer zum ersten Zwischenbild IMI1 gehörenden ersten Feldebene und der zweite Umlenkspiegel in optischer Nähe einer zur ersten Feldebene optisch konjugierten, zum zweiten Zwischenbild IMI2 gehörenden zweiten Feldebene angeordnet.The positions of the (paraxial) intermediate images define field levels of the system which are optically conjugate to the object plane or to the image plane. The deflection mirrors are in optical proximity to field levels of the system, which is also referred to as "close to field" in the context of this application. In this case, the first deflecting mirror is arranged in the optical proximity of a first field plane belonging to the first intermediate image IMI1 and the second deflecting mirror is arranged in optical proximity to a second field plane which is optically conjugate to the first field plane and belongs to the second intermediate image IMI2.
Die optische Nähe bzw. die optische Entfernung einer optischen Fläche zu einer Bezugsebene (z. B. einer Feldebene oder einer Pupillenebene) wird in dieser Anmeldung durch das sogenannte Subaperturverhältnis SAR beschrieben. Das Subaperturverhältnis SAR einer optischen Fläche wird für die Zwecke dieser Anmeldung wie folgt definiert:
Insbesondere bei den gefalteten Designs ist das äußere dargestellte Strahlbündel nicht das Strahlbündel des äußersten, in die Zeichnungsebene gedrehten Feldpunktes, sondern das Strahlbündel der oberen Feldkante. Daher ist eine graphische Bestimmung des Subaperturverhältnisses für die gefalteten Designs nicht möglich.In particular, in the folded designs, the outer beam shown is not the beam of the outermost, rotated in the plane of the drawing field point, but the beam of the upper field edge. Therefore, a graphic determination of the subaperture ratio is not possible for the folded designs.
Anders verhält es sich bei der Darstellung des inline-Designs. Hier repräsentiert der äußerste dargestellte Feldpunkt die in die Zeichnungsebene gedrehte Feldecke. Somit kann an diesen Darstellungen das Subaperturverhältnis graphisch bestimmt werden.The situation is different with the presentation of the inline design. Here, the outermost field point represented represents the field ceiling rotated in the plane of the drawing. Thus, the subaperture ratio can be determined graphically on these representations.
Das Subaperturverhältnis ist eine vorzeichenbehaftete Größe, die ein Maß für die Feld- bzw. Pupillennähe einer Ebene im Strahlengang ist. Per Definition ist das Subaperturverhältnis auf Werte zwischen –1 und +1 normiert, wobei in jeder Feldebene das Subaperturverhältnis null ist und wobei in einer Pupillenebene das Subaperturverhältnis von –1 nach +1 springt oder umgekehrt. Ein betragsmäßiges Subaperturverhältnis von 1 bestimmt somit eine Pupillenebene.The subaperture ratio is a signed quantity, which is a measure of the field or pupil near a plane in the beam path. By definition, the subaperture ratio is normalized to values between -1 and +1, where the subaperture ratio is zero at each field level, and at a pupil level, the subaperture ratio jumps from -1 to +1 or vice versa. An absolute subaperture ratio of 1 thus determines a pupil plane.
Eine optische Fläche oder eine Ebene wird nun als „(optisch) nah” zu einer optischen Bezugsfläche bezeichnet, wenn die Subaperturverhältnisse dieser beiden Flächen vom Zahlenwert her vergleichbar sind.An optical surface or plane is now referred to as "(optically) close" to an optical reference surface if the subaperture ratios of these two surfaces are comparable in numerical value.
Insbesondere wird eine optische Fläche oder eine Ebene als „(optisch) feldnah” bezeichnet, wenn diese ein Subaperturverhältnis aufweist, welches nahe bei 0 liegt. Eine optische Fläche oder eine Ebene wird als „(optisch) pupillennah” bezeichnet, wenn diese ein Subaperturverhältnis aufweist, welches betragsmäßig nahe bei 1 liegt.In particular, an optical surface or a plane is referred to as "near (optically) close to the field" if it has a subaperture ratio which is close to 0. An optical surface or a plane is referred to as "close to the pupil" if it has a subaperture ratio which is close to 1 in terms of magnitude.
Für beide Umlenkspiegel gilt, dass zwischen dem Umlenkspiegel und dem nächstliegenden Zwischenbild kein optisches Element angeordnet ist (unmittelbare Nähe) und dass das Subaperturverhältnis SAR dem Betrage nach kleiner als 0.3, insbesondere kleiner als 0.2 ist. For both deflection mirrors, it is true that no optical element is disposed between the deflection mirror and the nearest intermediate image (immediate proximity) and that the subaperture ratio SAR is less than 0.3, in particular less than 0.2, in terms of magnitude.
Die Umlenkspiegel werden daher als (optisch) feldnah bezeichnetThe deflecting mirrors are therefore referred to as (optically) close to the field
Im Bereich der Mikrolithographie werden Linsen und andere transparente optische Elemente in der Regel über eine Vielzahl von Halteelementen abgestützt, die gleichmäßig am Umfang des jeweiligen optischen Elementes angeordnet sind. Das optische Element hat einen im Abbildungsstrahlengang (Projektionsstrahlengang) liegenden optischen Nutzbereich und einen außerhalb des optischen Nutzbereichs liegenden Randbereich, wobei ein oder mehrere Halteelemente der dem optischen Element zugeordneten Halteeinrichtung an dem Randbereich angreifen. Im optischen Nutzbereich sind die Flächen des optischen Elementes mit optischer Qualität präpariert, während im Randbereich die optische Qualität nicht erreicht werden muss. Die Größe des optischen Nutzbereichs wird häufig durch den „freien optischen Durchmesser” des optischen Elements angegeben. Gemäß einer anderen Formulierung wird unter dem optisch freien Durchmesser bzw. dem freien optischen Durchmesser der Durchmesser des Kreises verstanden, welcher auf die optische Achse zentriert ist und mit minimalem Durchmesser alle zur Abbildung beitragenden Lichtstrahlen umschreibt.In the field of microlithography lenses and other transparent optical elements are usually supported by a plurality of holding elements, which are arranged uniformly on the circumference of the respective optical element. The optical element has an optical useful region lying in the imaging beam path (projection beam path) and an edge region lying outside the optical useful region, wherein one or more holding elements of the holding device associated with the optical element act on the edge region. In the optical useful range, the surfaces of the optical element are prepared with optical quality, while in the edge region, the optical quality does not have to be achieved. The size of the optical payload is often indicated by the "free optical diameter" of the optical element. According to another formulation, the optically free diameter or the free optical diameter is understood to be the diameter of the circle which is centered on the optical axis and circumscribes with minimal diameter all the light beams contributing to the imaging.
Der optische Aufbau kann wie folgt charakterisiert werden. Der erste Objektivteil OP1 kann in zwei unmittelbar aufeinander folgende Linsengruppen LG1-1 und LG1-2 unterteilt werden, die jeweils insgesamt positive Brechkraft haben, um aus den von den Objektfeldpunkten divergent ausgehenden Strahlbündeln das erste Zwischenbild IMI1 zu formen. Die erste Linsengruppe LG1-1 umfasst alle Linsen zwischen der Objektebene und der ersten Pupillenfläche P1, die zweite Linsengruppe LG1-2 alle Linsen zwischen der ersten Pupillenfläche und dem ersten Zwischenbild IMI1. Zur ersten Linsengruppe gehören in dieser Reihenfolge von der Objektseite zur Bildseite eine zur Objektebene konkave schwach positive Meniskuslinse L1-1 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche, eine zur Objektseite konkave Positiv-Meniskuslinse L1-2 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine stark positiv wirkende dritte Linse L1-3 mit sphärischer Eintrittsfläche und stark asphärisierter Austrittsfläche, eine Positiv-Meniskuslinse L1-4 mit konvexer sphärischer Eintrittsfläche und konkaver sphärischer Austrittsfläche, eine im Wesentlichen brechkraftfreie Planplatte PP sowie eine darauffolgende schwache Positiv-Meniskuslinse L1-5 mit konkaver Eintrittsseite und konvexer Austrittsseite unmittelbar an der ersten Pupillenfläche.The optical structure can be characterized as follows. The first objective part OP1 can be subdivided into two immediately successive lens groups LG1-1 and LG1-2, which each have a total positive refractive power in order to form the first intermediate image IMI1 from the beam bundles diverging from the object field points. The first lens group LG1-1 comprises all lenses between the object plane and the first pupil surface P1, the second lens group LG1-2 comprises all lenses between the first pupil surface and the first intermediate image IMI1. To the first lens group belong in this order from the object side to the image side a concave to the object concave weak positive meniscus lens L1-1 with aspherical entrance surface and spherical exit surface, a concave positive meniscus lens L1-2 with spherical entrance surface and aspherical exit surface, a strong positive acting to the object side third lens L1-3 with spherical entrance surface and strongly aspherized exit surface, a positive meniscus lens L1-4 with convex spherical entry surface and concave spherical exit surface, a substantially refractive power free plan plate PP and a subsequent weak positive meniscus lens L1-5 with concave entrance side and convex Exit side immediately at the first pupil surface.
Die erste Linse der zweiten Linsengruppe LG1-2 ist eine zur ersten Pupillenfläche konkave Negativ-Meniskuslinse L1-6 mit konkaver sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite. Dieser folgen eine zur ersten Pupillenfläche konkave Positiv-Meniskuslinse L1-7 mit konkaver sphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine weitere zur erste Pupillenfläche konkave Positiv-Meniskuslinse mit sphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsausseite, eine bikonvexe Positivlinse L1-8 sowie eine bildseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L1-9 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche.The first lens of the second lens group LG1-2 is a negative meniscus lens L1-6 concave to the first pupil surface and having a concave spherical entrance side and an aspherical exit side. This is followed by a positive meniscus lens L1-7 concave spherical entrance side and spherical exit side concave to the first pupil surface, another positive meniscus lens with spherical entrance side and spherical exit side concave to the first pupil surface, a biconvex positive lens L1-8 and a positive concave meniscus lens on the image side L1-9 with aspherical entry surface and spherical exit surface.
Der zweite Objektivteil OP2 umfasst den einzigen Konkavspiegel CM des Projektionsobjektivs an der zweiten Pupillenfläche sowie die beiden unmittelbar davor angeordneten Negativlinsen L2-1 und L2-2 der Negativgruppe NG, die gemeinsam mit dem Konkavspiegel CM einen Schupmann-Achromaten bilden und das erste Zwischenbild IMI1 in das zweite Zwischenbild IMI2 abbilden.The second objective part OP2 comprises the single concave mirror CM of the projection objective at the second pupil surface and the two negative lenses L2-1 and L2-2 of the negative group NG arranged directly in front of it, which together with the concave mirror CM form a Schupmann achromat and the first intermediate image IMI1 in FIG depict the second intermediate IMI2.
Der dritte Objektivteil OP3 kann in vier aufeinander folgende Linsengruppen mit der Brechkraftfolge positiv-negativ-positiv-positiv bzw. P-N-P-P unterteilt werden. Die unmittelbar auf das zweite Zwischenbild folgende erste Linsengruppe LG3-1 des dritten Objektivteils hat vier Linsen, insgesamt positive Brechkraft und dient dazu, die Hauptstrahlen von einem nichttelezentrischen zweiten Zwischenbild IMI2 in Richtung Pupillenposition (dritte Pupillenfläche P3) umzulenken. Die Randstrahlen werden kollimiert. Hierzu gibt es eine unmittelbar auf das zweite Zwischenbild folgende bikonvexe Positivlinse L3-1 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine darauffolgende weitere bikonvexe Positivlinse L3-2 mit sphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine bildseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L3-3 mit sphärischen Eintritts- und Austrittsseiten, sowie eine weitere bildseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L3-4 mit sphärischer Eintrittsseite und Austrittsseite.The third objective part OP3 can be subdivided into four successive lens groups having the refractive power sequence positive-negative-positive-positive and P-N-P-P, respectively. The first lens group LG3-1 of the third objective part immediately following the second intermediate image has four lenses, overall positive refractive power and serves to deflect the main beams from a non-telecentric second intermediate image IMI2 in the pupil position direction (third pupil surface P3). The marginal rays are collimated. For this purpose, there is a biconvex positive lens L3-1 with spherical entrance side and aspherical exit side following directly onto the second intermediate image, a subsequent further biconvex positive lens L3-2 with spherical entrance side and spherical exit side, a positive concave meniscus lens L3-3 with spherical entry side and exit sides, and another image side concave positive meniscus lens L3-4 with spherical inlet side and outlet side.
Die unmittelbar darauffolgende zweite Linsengruppe LG3-2 hat negative Brechkraft und dient zum Divergieren der Randstrahlen, um in der nachfolgenden dritten Pupillenfläche einen großen Pupillendurchmesser erzeugen zu können. Hierzu hat diese Linsengruppe zwei Negativlinsen, nämlich eine bikonkave Negativlinse L3-5 mit asphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite sowie eine weitere bikonkave Negativlinse L3-6 mit sphärischer Eintrittsseite und Austrittsseite.The immediately following second lens group LG3-2 has negative refractive power and serves for diverging the marginal rays in order to be able to produce a large pupil diameter in the subsequent third pupil surface. For this purpose, this lens group has two negative lenses, namely a biconcave negative lens L3-5 with aspheric inlet side and spherical exit side and another biconcave negative lens L3-6 with spherical inlet side and outlet side.
Auf die Negativgruppe L3-2 folgt eine positive dritte Linsengruppe LG3-3 mit fünf Linsen zwischen der Negativgruppe LG3-2 und der dritten Pupillenfläche. Zur dritten Linsengruppe LG3-3 gehört eine objektseitig konkave Negativ-Meniskuslinse L3-7 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine objektseitige konkave Meniskuslinse L3-8 mit asphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine weitere Positiv-Meniskuslinse L3-9 mit asphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine bikonvexe Positivlinse L3-10 mit sphärischer Eintrittsseite und stark asphärischer Austrittsseite sowie eine weitere bikonvexe Positivlinse L3-11 mit sphärischer Eintrittsseite und stark asphärischer Austrittsseite. The negative group L3-2 is followed by a positive third lens group LG3-3 with five lenses between the negative group LG3-2 and the third pupil surface. The third lens group LG3-3 includes an object-side concave negative meniscus lens L3-7 having a spherical entrance side and an aspherical exit side, an object-side concave meniscus lens L3-8 having an aspheric entrance side and a spherical exit side, another positive meniscus lens L3-9 having an aspherical entrance side and a spherical one Exit side, a biconvex positive lens L3-10 with spherical entrance side and strong aspherical exit side as well as another biconvex positive lens L3-11 with spherical entrance side and strongly aspherical exit side.
Zwischen der an der dritten Pupillenfläche P3 liegenden Aperturblende AS und der Bildebene IS folgt eine weitere Positivgruppe LG3-4, deren wesentliche Funktion darin besteht, ausgehend vom großen Pupillendurchmesser bei der Aperturblende die Strahlbündel unter Erzeugung einer hohen bildseitigen numerischen Apertur NA zusammenzuführen. Hierzu enthält diese Linsengruppe eine Positiv-Meniskuslinse L3-12 mit einer der Aperturblende zugewandten sphärischen Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine weitere Positiv-Meniskuslinse L3-13 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, sowie eine plankonvexe Positivlinse mit sphärischer, stark gekrümmter Eintrittsfläche und ebener Austrittsfläche. Diese Linse bildet die letzte Linse LL des Projektionsobjektivs unmittelbar vor der Bildebene IS.Between the aperture diaphragm AS and the image plane IS lying on the third pupil surface P3, there follows a further positive group LG3-4 whose essential function is to combine the beam bundles from the large pupil diameter at the aperture diaphragm to produce a high image-side numerical aperture NA. For this purpose, this lens group contains a positive meniscus lens L3-12 with a spherical inlet side and aspherical outlet side facing the aperture diaphragm, a further positive meniscus lens L3-13 with a spherical inlet side and aspherical outlet side, and a plano-convex positive lens with a spherical, strongly curved inlet surface and a planar outlet surface , This lens forms the last lens LL of the projection lens immediately in front of the image plane IS.
Das Projektionsobjektiv weist zwei sogenannte Taillengruppen auf, nämlich eine erste Taillengruppe TG1 innerhalb des ersten Objektivteils OP1 sowie eine zweite Taillengruppe TG2 innerhalb des dritten Objektivteils OP3. Innerhalb der Taillengruppen liegt jeweils eine lokale Einschnürung E des Projektionsstrahlengangs mit einem lokalen Minimum des Querschnitts des Projektionsstrahlengangs.The projection objective has two so-called waist groups, namely a first waist group TG1 within the first objective part OP1 and a second waist group TG2 within the third objective part OP3. Within the waist groups, there is in each case a local constriction E of the projection beam path with a local minimum of the cross section of the projection beam path.
Innerhalb des ersten Objektivteils OP1 liegt eine lokale Einschnürung E des Projektionsstrahlengangs im Übergangsbereich zwischen der ersten Linsengruppe LG1-1 und der zweiten Linsengruppe LG1-2. Die optischen Elemente im Bereich dieser Einschnürung bzw. Taille sowie in den objektseitig und bildseitig unmittelbar daran angrenzenden Bereichen bilden die erste Taillengruppe TG1. Zur ersten Taillengruppe gehören alle Linsen L1-4 bis L1-8, die zwischen einer objektseitigen ersten Grenzlinse G1-1 (entsprechend Linse 1-3) und einer bildseitigen zweiten Grenzlinse G1-2 (entsprechend L1-8) angeordnet sind. Zur ersten Taillengruppe gehört auch die planparallele Platte PP. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, ist der freie optische Durchmesser jeder der Linsen der Taillengruppe kleiner als der kleinere der freien optischen Durchmesser der ersten Grenzlinse G1-1 und der zweiten Grenzlinse G1-2. Die Grenzlinsen sind auch daran zu erkennen, dass die freien optischen Durchmesser der Linsen auf beiden Seiten jeder Grenzlinse kleiner sind als die optischen freien Durchmesser der jeweiligen Grenzlinsen. Eine Grenzlinse markiert somit ein lokales Maximum des freien optischen Durchmessers. Die erste Taillengruppe TG1 schließt die Position der ersten Pupillenfläche P1 ein und erstreckt sich zu beiden Seiten dieser ersten Pupillenfläche.Within the first objective part OP1, there is a local constriction E of the projection beam path in the transition region between the first lens group LG1-1 and the second lens group LG1-2. The optical elements in the region of this constriction or waist and in the areas immediately adjacent to the object side and the image side form the first waist group TG1. The first waist group includes all lenses L1-4 to L1-8 disposed between an object-side first boundary lens G1-1 (corresponding to lens 1-3) and an image-side second boundary lens G1-2 (corresponding to L1-8). The first waist group also includes the plane-parallel plate PP. As apparent from Table 2, the free optical diameter of each of the lenses of the waist group is smaller than the smaller one of the free optical diameters of the first boundary lens G1-1 and the second boundary lens G1-2. The border lenses are also recognizable by the fact that the free optical diameters of the lenses on both sides of each boundary lens are smaller than the optical free diameters of the respective boundary lenses. A boundary lens thus marks a local maximum of the free optical diameter. The first waist group TG1 includes the position of the first pupil surface P1 and extends to both sides of this first pupil surface.
Die zweite Taillengruppe TG2 innerhalb des dritten Objektivteils OP3 enthält die lokale Einschnürung des Produktionsstrahlengangs im Bereich der bikonkaven Negativlinsen L3-5 und L3-6, wo sich ein lokales Minimum des Querschnitts des Projektionsstrahlengangs im dritten Objektivteil befindet. Die zweite Taillengruppe TG2 wird objektseitig von der ersten Grenzlinse G3-1 (entsprechend L3-2) und bildseitig durch die zweite Grenzlinse G3-2 (entsprechend L3-10) eingeschlossen bzw. begrenzt. Zur zweiten Taillengruppe TG2 gehören somit die Linsen L3-3 bis L3-9. Die Einschnürung im Strahlengang befindet sich in einem intermediären Bereich optisch zwischen dem zweiten Zwischenbild (einer Feldebene) und der dritten Pupillenfläche P3.The second waist group TG2 within the third objective part OP3 contains the local constriction of the production beam path in the region of the biconcave negative lenses L3-5 and L3-6, where there is a local minimum of the cross section of the projection beam path in the third objective part. The second waist group TG2 is enclosed on the object side by the first boundary lens G3-1 (corresponding to L3-2) and on the image side by the second boundary lens G3-2 (corresponding to L3-10). The second waist group TG2 thus includes the lenses L3-3 to L3-9. The constriction in the beam path is located in an intermediate region optically between the second intermediate image (a field plane) and the third pupil surface P3.
Die hier beschriebene Abfolge von Linsen gilt auch für die nachfolgend beschriebenen ersten drei Ausführungsbeispiele (
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, bestehen alle Linsen sowie die Planplatte PP, also alle transparenten optischen Elemente des Projektionsobjektivs, aus synthetischem Quarzglas (fused silica), welches bei der Arbeitswellenlänge 193 nm einen Brechungsindex von ca. nSiO2 = 1.56 aufweist. Es handelt sich um ein Immersionsobjektiv, welches bei Verwendung von Wasser als Immersionsflüssigkeit zwischen der letzten Linse LL und der Bildebene IS eine bildseitige numerische Apertur von NA = 1.35 aufweist.As can be seen from Table 2, there are all the lenses and the parallel plate PP, so all transparent optical elements of the projection lens of synthetic quartz glass (fused silica) which is 193 nm has a refractive index of about n SiO2 = 1:56 at the operating wavelength. It is an immersion objective which, when using water as the immersion liquid between the last lens LL and the image plane IS, has an image-side numerical aperture of NA = 1.35.
Es wurde erkannt, dass bei derartigen optischen Abbildungssystemen Probleme mit strahlungs-induzierter Linsenerwärmung (lens heating) besonders in bestimmten Linsen und/oder bei besonderen Beleuchtungssettings auftreten können. Beispielsweise können extreme, d. h. sehr kohärente, Dipol-Settings insbesondere bei pupillennahen Linsen zu sehr punktuellen, d. h. lokal stark konzentrierten, Wärmebelastungen der Linsen führen, und zwar besonders in denjenigen Bereichen, die der Dipol-artigen Beleuchtungsintensitätsverteilung in der Pupillenebene des vorgeschalteten Beleuchtungssystems entsprechen. Dort wo pupillennahe Linsen eher kleine optische freie Durchmesser haben, sind die Beleuchtungsstärken entsprechend höher. Für die Linsen des ersten Objektivteils OP1 gilt darüber hinaus, dass sich diese noch relativ nah an der Objektebene des Projektionsobjektivs befinden, wo insgesamt noch ein größerer Gesamt-Lichtfluss vorliegt als in größerer Entfernung von der Objektebene, beispielsweise im zweiten oder dritten Objektivteil.It has been recognized that in such optical imaging systems, problems with radiation-induced lens heating may occur, especially in certain lenses and / or in particular lighting settings. For example, extreme, ie very coherent, dipole settings can lead to very punctual, ie locally highly concentrated, heat loads on the lenses, especially in those areas corresponding to the dipole-like illumination intensity distribution in the pupil plane of the upstream illumination system, in particular in near-pupil lenses. Where pupil-close lenses tend to have small optical clear diameters, the illuminance levels are correspondingly higher. For In addition, the lenses of the first objective part OP1 are considered to still be relatively close to the object plane of the projection lens, where overall there is still a greater overall light flux than at a greater distance from the object plane, for example in the second or third objective part.
Werden Linsen in Pupillennähe mit einer Dipol-artigen Beleuchtung erwärmt, so erwärmt sich im Wesentlichen ein Schlitz über die Linse hinweg. Dies kann in niedrigster Ordnung zu feldkonstantem Defokus und Astigmatismus führen. Während der Defokus gegebenenfalls relativ leicht durch entsprechende Manipulationen, beispielsweise axiale Verlagerung des Substrats, kompensiert werden kann, gilt dies nicht oder nur in eingeschränktem Umfang für den Astigmatismus.When lenses near the pupil are heated with a dipole-like illumination, essentially a slit heats up across the lens. This can lead to field-constant defocus and astigmatism in the lowest order. While the defocus can be relatively easily compensated by appropriate manipulations, such as axial displacement of the substrate, this is not or only to a limited extent for the astigmatism.
Erhebliche Verbesserungen gegenüber dem Referenzdesign (Projektionsobjektiv REF1) lassen sich erzielen, wenn einige oder alle der besonders von inhomogenem „lens heating” betroffenen Linsen nicht aus Quarzglas gefertigt werden, sondern aus geeignetem Fluoridkristallmaterial, beispielsweise Kalziumfluorid (CaF2).Substantial improvements compared to the reference design (projection lens REF1) can be achieved if some or all of the lenses especially affected by inhomogeneous "lens heating" are not made of quartz glass but of suitable fluoride crystal material, for example calcium fluoride (CaF 2 ).
In
Somit hat die erste Taillengruppe TG1, in welcher die lokale Einschnürung E des Projektionsstrahlengangs an der ersten Pupillenfläche P1 liegt, vier unmittelbar aufeinanderfolgende optische Elemente aus Fluoridkristallmaterial, nämlich die drei Fluoridkristalllinsen L1-4, L1-5 und L1-6 sowie die transparente Planplatte PP. Anders ausgedrückt hat die erste Taillengruppe drei unmittelbar aufeinander folgende brechkraftbehaftete optische Elemente aus Fluoridkristallmaterial, nämlich die drei Fluoridkristalllinsen L1-4, L1-5 und L1-6. Die optische Position der Fluoridkristalllinsen ist durch einen Subaperturdurchmesser SAR im Bereich betragsmäßig größer als 0.3 gekennzeichnet.Thus, the first waist group TG1, in which the local constriction E of the projection beam path is located at the first pupil surface P1, has four immediately successive fluoride crystal material optical elements, namely the three fluoride crystal lenses L1-4, L1-5 and L1-6, and the transparent face plate PP , In other words, the first waist group has three contiguous refracting optical elements made of fluoride crystal material, namely, the three fluoride crystal lenses L1-4, L1-5 and L1-6. The optical position of the fluoride crystal lenses is characterized by a Subaperturdurchmesser SAR in the range of magnitude greater than 0.3.
Bei den Fluoridkristalllinsen bzw. der Fluoridkristallplatte handelt es sich um diejenigen optischen Elemente mit den kleinsten freien optischen Durchmessern innerhalb der ersten Taillengruppe. Unmittelbar vor der der Bildebene nächsten Fluoridkristalllinse L1-4 befindet sich die Quarzglaslinse L1-3, also die erste Grenzlinse G1-1, die eine zu den Fluoridkristalllinsen konkave Austrittsfläche hat. Unmittelbar hinter der der Bildebene nächsten Fluoridkristalllinse L1-6 der ersten Taillengruppe befindet sich die Quarzglaslinse L1-7, die Teil der ersten Taillengruppe ist und eine den Fluoridkristalllinsen zugewandte konkave Eintrittsfläche hat. Die Einrahmung der Fluoridkristallelemente zwischen Quarzglaslinsen mit den Fluoridkristalllinsen zugewandten konkaven Flächen ist günstig für eine Strahlführung mit relativ geringen Inzidenzwinkeln. Weiterhin ist ersichtlich, dass die erste Taillengruppe TG1 zusätzlich zu den vier optischen Elemente aus Fluoridkristallmaterial zwei Quarzglaslinsen (L1-7 und L1-8) aufweist, die Anzahl der Fluoridkristallelemente ist aber größer als die derjenigen der Quarzglaselemente, im Beispielsfall nämlich doppelt so groß.The fluoride crystal lenses or the fluoride crystal plate are those optical elements having the smallest free optical diameters within the first waist group. Immediately before the image plane next fluoride crystal lens L1-4 is the quartz glass lens L1-3, so the first boundary lens G1-1, which has a concave to the fluoride crystal lenses exit surface. Immediately behind the image plane of the next fluoride crystal lens L1-6 of the first waist group is the quartz glass lens L1-7 which is part of the first waist group and has a concave entrance surface facing the fluoride crystal lenses. The framing of the fluoride crystal elements between quartz glass lenses with the fluoride crystal lenses facing concave surfaces is favorable for beam guidance with relatively low incidence angles. Further, it can be seen that the first waist group TG1 has two quartz glass lenses (L1-7 and L1-8) in addition to the four fluoride crystal material optical elements, but the number of fluoride crystal elements is larger than that of the quartz glass elements, namely, twice as large in the example.
Nach Ersetzung der pupillennah angeordneten optischen Elemente relativ kleinen Durchmessers durch Flussspat-Elemente (optische Elemente aus Kalziumfluorid) erwärmen sich diese optischen Elemente fast ebenso wie entsprechende optische Elemente aus Quarzglas, wobei gegebenenfalls aufgrund der etwas geringeren Absorption von Kalziumfluorid im Vergleich zu Quarzglas eine absorptions-induzierte Erwärmung etwas geringer sein kann. In jedem Fall verteilt sich jedoch die in den besonders stark bestrahlten Bereichen erzeugte Wärme aufgrund der wesentlich höheren spezifischen Wärmeleitfähigkeit von Kalziumfluorid deutlich schneller und besser über die gesamte Linse bzw. die gesamte Planplatte, so dass der Astigmatismus sowie gegebenenfalls andere aufgrund inhomogener Linsenerwärmung induzierte Aberrationen sehr viel kleiner sind als im Falle der Verwendung von Quarzglaslinsen in einer Taillengruppe. Dies verringert das Niveau von wärmeinduzierten Aberrationen erheblich.After replacement of the near-pupil-arranged relatively small diameter optical elements by fluorspar elements (optical elements made of calcium fluoride), these optical elements heat up almost as well as corresponding optical elements of quartz glass, possibly due to the slightly lower absorption of calcium fluoride compared to quartz glass an absorption induced heating may be slightly lower. In any case, however, due to the significantly higher specific thermal conductivity of calcium fluoride, the heat generated in the particularly strongly irradiated areas is distributed much faster and better over the entire lens or the entire plane plate, so that the astigmatism and possibly other aberrations induced by inhomogeneous lens heating are very high are much smaller than in the case of using quartz glass lenses in a waist group. This significantly reduces the level of heat-induced aberrations.
Als Anhaltspunkt für die Größenordnungen der Wärmeleitfähigkeiten einiger der hier interessierenden Materialien gelten folgende Angaben (Zahlenangaben jeweils in [W/(mK)] bei 20°C): SiO2 (Quarzglas): 1.38; CaF2: 9.71; BaF2: 11.7; LiF: 4.0.The following information applies to the order of magnitude of the thermal conductivities of some of the materials of interest here (figures in each case in [W / (mK)] at 20 ° C.): SiO 2 (quartz glass): 1.38; CaF 2 : 9.71; BaF 2 : 11.7; LiF: 4.0.
In
Beim Ausführungsbeispiel von
Diese beiden Negativlinsen sind mit Ausnahme der letzten Linse LL diejenigen Linsen mit dem kleinsten optischen freien Durchmesser innerhalb des dritten Objektivteils OP3. Insbesondere sind die optischen freien Durchmesser der beiden Fluoridkristalllinsen jeweils kleiner als die optischen freien Durchmesser der unmittelbar vorgeschalteten Positiv-Meniskuslinse L3-4 und der bildseitig unmittelbar nachgeschalteten Negativ-Meniskuslinse L3-7, die jeweils zur zweiten Taillengruppe TG2 gehören und aus Quarzglas bestehen.These two negative lenses, with the exception of the last lens LL, are the lenses with the smallest optical free diameter within the third objective part OP3. In particular, the optical free diameters of the two fluoride crystal lenses are each smaller than the optical free diameters of the immediately preceding positive meniscus lens L3-4 and the image immediately downstream negative meniscus lens L3-7, each belonging to the second waist group TG2 and made of quartz glass.
Bemerkenswert ist, dass unmittelbar vor der der Objektfläche nächsten Fluoridkristalllinse L3-5 der zweiten Taillengruppe TG2 eine Quarzglaslinse L3-4 mit einer konkaven Austrittsfläche angeordnet ist und dass unmittelbar hinter der der Bildfläche nächsten Fluoridkristalllinse L3-6 der zweiten Taillengruppe eine Quarzglaslinse L3-7 mit einer konkaven Eintrittsfläche angeordnet ist.It is noteworthy that a quartz glass lens L3-4 with a concave exit surface is arranged immediately before the fluoride crystal lens L3-5 of the second waist group TG2 closest to the object surface, and that a quartz glass lens L3-7 with immediately behind the image surface next fluoride crystal lens L3-6 of the second waist group a concave entrance surface is arranged.
In
Beim Ausführungsbeispiel von
Es wäre möglich, zur weiteren Verminderung von Lens-heating-Effekten noch eine oder mehrere Linsen in der Nähe der dritten Pupillenfläche P3 durch entsprechende Linsen aus einem Fluoridkristallmaterial zu ersetzen. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit ausreichend großer Fluoridkristallmaterialblöcke geeigneter optischer Qualität kann hierauf jedoch z. B. aus Kostengründen verzichtet werden.It would be possible to replace one or more lenses in the vicinity of the third pupil surface P3 by corresponding lenses made of a fluoride crystal material for further reduction of lens heating effects. However, due to the limited availability of sufficiently large fluoride crystal material blocks of suitable optical quality, this can be done e.g. B. be omitted for cost reasons.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden die der beanspruchten Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen und Prinzipien auf einen anderen Typ katadioptrischer Projektionsobjektive angewendet, nämlich auf solche, bei denen alle optischen Elemente entlang einer geraden, ungefalteten optischen Achse angeordnet sind. Als Referenzsystem für Vergleichszwecke wird hierbei auf das (nicht bildlich dargestellte) Projektionsobjektiv der
Der katoptrische zweite Objektivteil OP2 besteht aus einem ersten Konkavspiegel CM1 mit einer zur Objektebene OS zeigenden konkaven Spiegelfläche und einem zweiten Konkavspiegel CM2 mit einer zur Bildebene IS weisenden, konkaven Spiegelfläche. Die zur Abbildung bzw. Reflexion genutzten Bereiche der asphärischen Spiegelflächen beider Spiegel sind zusammenhängend, d. h. sie haben keine Löcher oder Bohrungen, so dass bei der Reflexion keine Obskurationseffekte entstehen. Jede der Spiegelflächen der Konkavspiegel definiert eine Krümmungsfläche, die eine mathematische Fläche ist, die sich über die Ränder der physikalischen Spiegelflächen hinaus erstreckt und diese Spiegelfläche enthält. Die erste und zweite Spiegelfläche sind Teile von rotationssymmetrischen Krümmungsflächen mit einer gemeinsamen Symmetrieachse, die mit den koaxial zueinander angeordneten optischen Achsen des ersten Objektivteils OP1 und des dritten Objektivteils OP3 zusammenfällt. Daher ist das gesamte Projektionsobjektiv rotationssymmetrisch und hat eine einzige, gerade, ungefaltete optische Achse OA, die allen refraktiven und reflektiven optischen Komponenten gemeinsam ist.The catoptric second objective part OP2 consists of a first concave mirror CM1 with a concave mirror surface facing the object plane OS and a second concave mirror CM2 with a concave mirror surface facing the image plane IS. The regions of the aspheric mirror surfaces of both mirrors used for imaging or reflection are connected in one another, ie. H. they have no holes or holes, so that no obscuration effects occur during the reflection. Each of the mirror surfaces of the concave mirrors defines a curvature surface, which is a mathematical surface that extends beyond the edges of the physical mirror surfaces and contains that mirror surface. The first and second mirror surfaces are parts of rotationally symmetric curvature surfaces with a common axis of symmetry, which coincides with the coaxially arranged optical axes of the first objective part OP1 and the third objective part OP3. Therefore, the entire projection lens is rotationally symmetric and has a single, straight, unfolded optical axis OA that is common to all refractive and reflective optical components.
Die einander zugewandten Spiegelflächen der Konkavspiegel CM1, CM2 begrenzen in axialer Richtung einen katadioptrischen Hohlraum. Die Zwischenbilder IMI1, IMI2 liegen beide innerhalb dieses katadioptrischen Hohlraumes, wobei zumindest die paraxialen Zwischenbilder im Mittelbereich zwischen den Konkavspiegeln mit relativ großem optischen Abstand zu diesen liegen. Die Konkavspiegel haben relativ kleine Durchmesser, ihre optisch genutzten Bereiche liegen auf verschiedenen Seiten der optischen Achse OA und werden außeraxial schräg beleuchtet. Der von der Objektebene zur Bildebene verlaufende Abbildungsstrahlengang passiert die der optischen Achse zugewandten Spiegelkanten jeweils vignettierungsfrei.The mutually facing mirror surfaces of the concave mirrors CM1, CM2 define a catadioptric cavity in the axial direction. The intermediate images IMI1, IMI2 are both within this catadioptric cavity, wherein at least the paraxial intermediate images lie in the middle region between the concave mirrors with a relatively large optical distance to them. The concave mirrors have relatively small diameters, their optically used areas lie on different sides of the optical axis OA and are obliquely illuminated off-axis. The imaging beam path extending from the object plane to the image plane passes the mirror edges facing the optical axis in each case without vignetting.
Zwischen der Objektebene und dem ersten Zwischenbild, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenbild sowie zwischen dem zweiten Zwischenbild und der Bildebene liegen jeweils Pupillenflächen P1, P2 und P3 des Abbildungssystems dort, wo der Hauptstrahl CR der optischen Abbildung die optische Achse schneidet. Die Pupillenfläche P2 innerhalb des katadioptrischen zweiten Objektivteils liegt in relativ großem optischen Abstand zu den Konkavspiegeln CM1, CM2 im Mittelbereich des katadioptrischen Hohlraums, so dass alle Konkavspiegel optisch entfernt von einer Pupillenfläche in einem Bereich liegen, in dem die Hauptstrahlhöhe der Abbildung die Randstrahlhöhe der Abbildung übersteigt. Im Bereich der Pupillenfläche P3 des dritten Objektivteils OP3 ist die Aperturblende AS des Systems angebracht.Between the object plane and the first intermediate image, between the first and the second intermediate image and between the second intermediate image and the image plane, there are respective pupil surfaces P1, P2 and P3 of the imaging system where the main beam CR of the optical image intersects the optical axis. The pupil area P2 within the catadioptric second objective part is at a relatively large optical distance from the concave mirrors CM1, CM2 in the central area of the catadioptric cavity so that all concave mirrors are optically distant from a pupil area in a region where the main beam height of the image is the marginal beam height of the image exceeds. In the area of the pupil surface P3 of the third objective part OP3, the aperture stop AS of the system is attached.
Der optische Aufbau kann wie folgt charakterisiert werden. Der erste Objektivteil OP1 kann in zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Linsengruppen LG1-1 und LG1-2 unterteilt werden, die jeweils insgesamt positive Brechkraft haben, um aus den divergent von den Objektfeldpunkten ausgehenden Strahlbündeln das erste Zwischenbild IMI1 zu formen. Die erste Linsengruppe umfasst alle Linsen zwischen der Objektebene und der ersten Pupillenfläche P1, die zweite Linsengruppe LG1-2 alle Linsen zwischen der ersten Pupillenfläche und dem ersten Zwischenbild IMI1. Zur ersten Linsengruppe gehören in dieser Reihenfolge von der Objektseite zur Bildseite eine bikonvexe Positivlinse L1-1 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine bildseitig konkave Negativ-Meniskuslinse L1-2 mit sphärischer Eintritts- und Austrittsseite, eine zur Bildseite konkave Positiv-Meniskuslinse L1-3 mit sphärischer Eintritts- und Austrittsseite, eine Positivlinse L1-4 mit stark asphärisierter Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche, eine Positivlinse L1-5 mit nahezu ebener Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche, eine planparallele Platte PP1 sowie eine objektseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L1-7. Die zweite Linsengruppe LG1-2 besteht aus drei relativ dünnen optischen Elementen, nämlich einer Planplatte PP2, einer beidseitig sphärischen, objektseitig konkaven Positiv-Meniskuslinse L1-7 und einer zur Objektseite konkaven dünnen Meniskuslinse L1-8 unmittelbar vor dem ersten Zwischenbild IMI1.The optical structure can be characterized as follows. The first objective part OP1 can be subdivided into two directly successive lens groups LG1-1 and LG1-2, each of which has a total positive refractive power, in order to form the first intermediate image IMI1 from the beams divergent from the object field points. The first lens group comprises all lenses between the object plane and the first pupil surface P1, and the second lens group LG1-2 comprises all lenses between the first pupil surface and the first intermediate image IMI1. To the first lens group belong in this order from the object side to the image side a biconvex positive lens L1-1 with spherical entrance side and aspherical exit side, a image side concave negative meniscus lens L1-2 with spherical entry and exit side, a positive concave meniscus lens L1- 3 with spherical entrance and exit side, a positive lens L1-4 with strongly aspherized entrance surface and spherical exit surface, a positive lens L1-5 with almost flat entrance surface and aspherical exit surface, a plane-parallel plate PP1 and an object-side concave positive meniscus lens L1-7. The second lens group LG1-2 consists of three relatively thin optical elements, namely a plane plate PP2, a bilaterally spherical, object-side concave positive meniscus lens L1-7 and a concave to the object side meniscus lens L1-8 immediately before the first intermediate image IMI1.
Der dritte Objektivteil OP3 kann in vier aufeinanderfolgende Linsengruppen mit der Brechkraftfolge positiv-negativ-positiv-positiv bzw. P-N-P-P unterteilt werden.The third objective part OP3 can be subdivided into four successive lens groups with the power sequence positive-negative-positive-positive and P-N-P-P, respectively.
Die unmittelbar auf das zweite Zwischenbild folgende erste Linsengruppe LG3-1 des dritten Objektivteils hat zwei Linsen L3-1, L3-2 und insgesamt positive Brechkraft, um die vom zweiten Zwischenbild kommenden Strahlen zu sammeln.The first lens group LG3-1 of the third objective part immediately following the second intermediate image has two lenses L3-1, L3-2 and overall positive refractive power in order to collect the beams coming from the second intermediate image.
Die darauffolgende zweite Linsengruppe LG3-2 hat negative Brechkraft und trägt zum Divergieren der Randstrahlen bei, um in der nachfolgenden dritten Pupillenfläche einen großen Pupillendurchmesser erzeugen zu können. Hierzu hat diese Linsengruppe zwei Negativlinsen, nämlich eine bildseitig konkave, beidseitig sphärische Negativ-Meniskuslinse L3-3 und eine bikonkave Negativlinse L3-4 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche. The subsequent second lens group LG3-2 has negative refractive power and contributes to the diverging of the marginal rays in order to be able to produce a large pupil diameter in the subsequent third pupil surface. For this purpose, this lens group has two negative lenses, namely a concave image-side, bilaterally spherical negative meniscus lens L3-3 and a biconcave negative lens L3-4 with aspheric entrance surface and spherical exit surface.
Auf die Negativgruppe L3-2 folgt eine insgesamt positive dritte Linsengruppe LG3-3 mit sechs Linsen zwischen der Negativgruppe LG3-2 und der dritten Pupillenfläche P3. Zur dritten Linsengruppe LG3-3 gehört eine bildseitig konkave Positiv-Meniskuslinse L3-5 mit asphärischer Eintrittsfläche und sphärischer Austrittsfläche, eine objektseitig konkave Negativ-Meniskuslinse L3-6 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine bikonvexe Positivlinse L3-7 mit asphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine Positiv-Meniskuslinse L3-8 mit asphärischer Eintrittsseite und sphärischer Austrittsseite, eine Positivlinse L3-9 mit stark asphärischer Eintrittsfläche und zur Bildseite konvexer, sphärischer Austrittsfläche sowie eine bikonvexe Positivlinse L3-10 mit sphärischer Eintrittsfläche und asphärischer Austrittsfläche unmittelbar bei der dritten Pupillenfläche P3.The negative group L3-2 is followed by an overall positive third lens group LG3-3 with six lenses between the negative group LG3-2 and the third pupil area P3. The third lens group LG3-3 includes an image side concave positive meniscus lens L3-5 with aspheric entrance surface and spherical exit surface, an object side concave negative meniscus lens L3-6 with spherical entrance side and aspherical exit side, a biconvex positive lens L3-7 with aspherical entrance side and spherical Exit side, a positive meniscus lens L3-8 with aspheric entrance side and spherical exit side, a positive lens L3-9 with strong aspherical entrance surface and the image side convex, spherical exit surface and a biconvex positive lens L3-10 with spherical entrance surface and aspheric exit surface immediately adjacent to the third pupil surface P3.
Zwischen der an der dritten Pupillenfläche P3 liegenden Aperturblende AS und der Bildebene IS folgt eine weitere Positivgruppe LG3-4, die im Wesentlichen zur Erzeugung der hohen bildseitigen numerischen Apertur NA beiträgt. Diese vierte Linsengruppe enthält nur drei Positivlinsen, nämlich eine bikonvexe Positivlinse L1-11 mit sphärischer Eintrittsseite und asphärischer Austrittsseite, eine Positivlinse L1-12 mit sphärisch gekrümmter Eintrittsfläche und stark asphärischer Austrittsfläche sowie eine plankonvexe Positivlinse LL mit sphärischer, stark gekrümmter Eintrittsfläche und ebener Austrittsfläche. Diese Linse bildet die letzte Linse LL des Projektionsobjektivs unmittelbar vor der Bildebene.Between the aperture diaphragm AS lying on the third pupil surface P3 and the image plane IS, there follows a further positive group LG3-4, which essentially contributes to the generation of the high image-side numerical aperture NA. This fourth lens group contains only three positive lenses, namely a biconvex positive lens L1-11 with spherical entrance side and aspherical exit side, a positive lens L1-12 with spherically curved entrance surface and strongly aspherical exit surface and a plano-convex positive lens LL with spherical, strongly curved entrance surface and flat exit surface. This lens forms the last lens LL of the projection lens immediately in front of the image plane.
Die hier beschriebene Abfolge von Linsen gilt auch für die nachfolgend beschriebenen beiden Ausführungsbeispiele (
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, bestehen mit Ausnahme von drei optischen Elementen alle Linsen des Projektionsobjektivs
Der positive Einfluss auf das Lens-Heating-Verhalten des Projektionsobjektivs ist prinzipiell ähnlich wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel von
In
Bei den bildlich dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Fluoridkristalllinsen und die anderen optischen Elemente aus Fluoridkristallmaterial jeweils aus Kalziumfluorid gefertigt. Grundsätzlich sind zur Reduktion von Lens-Heating-Problemen auch andere kristalline Materialien, wie zum Beispiel Bariumfluorid oder Lithiumfluorid, geeignet, insbesondere da sie gegenüber amorphem Quarzglas eine wesentlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.In the illustrated embodiments, the fluoride crystal lenses and the other fluoride crystal material optical elements are each made of calcium fluoride. In principle, other crystalline materials, such as, for example, barium fluoride or lithium fluoride, are also suitable for the reduction of lens heating problems, in particular because they have a significantly improved thermal conductivity compared with amorphous quartz glass.
Es ist zu erkennen, dass bei diesen Beispielen die erste Taillengruppe TG1 im ersten Objektivteil keine Negativlinsen, aber eine Pupille (erste Pupillenfläche) enthält. Dagegen liegt im Bereich der zweiten Taillengruppe TG2 des dritten Objektivteils keine Pupillenfläche vor, aber diese Taillengruppe enthält mindestens eine Negativlinse (im Beispiel zwei Negativlinsen).It can be seen that in these examples, the first waist group TG1 in the first lens part does not contain negative lenses but a pupil (first pupil surface). In contrast, there is no pupil area in the region of the second waist group TG2 of the third objective part, but this waist group contains at least one negative lens (two negative lenses in the example).
Die Spezifikationen der in den Zeichnungsfiguren gezeigten Projektionsobjektive sind in den am Ende der Beschreibung zusammengestellten Tabellen angegeben, deren Nummerierung jeweils der Nummerierung der entsprechenden Zeichnungsfigur entspricht.The specifications of the projection lenses shown in the drawing figures are given in the tables summarized at the end of the description, the numbering of each of which corresponds to the numbering of the corresponding drawing figure.
In den Tabellen ist die Spezifikation des jeweiligen Designs in tabellarischer Form zusammengefasst. Dabei gibt Spalte „SURF” die Nummer einer brechenden oder auf andere Weise ausgezeichneten Fläche, Spalte „RADIUS” den Radius r der Fläche (in mm), Spalte „THICKNESS” den als Dicke bezeichneten Abstand d der Fläche zur nachfolgenden Fläche (in mm) und Spalte „MATERIAL” das Material der optischen Komponenten an. Spalten „INDEX1”, INDEX2” und „INDEX3” 5 geben den Brechungsindex des Materials bei der Design-Arbeitswellenlänge 193.3 nm (INDEX1) sowie bei 192.8 nm (INDEX2) und 193.8 (INDEX3) an. In Spalte „SEMIDIAM” sind die nutzbaren, freien Radien bzw. die halben freien optischen Durchmesser der Linsen (in mm) bzw. der optischen Elemente angegeben. Der Radius r = 0 (in der Spalte „RADIUS”) entspricht einer Ebene. Einige optische Flächen sind asphärisch. Tabellen mit Zusatz „A” geben die entsprechenden Asphärendaten an, wobei sich die asphärischen Flächen nach folgender Vorschrift berechnen:
Dabei gibt der Kehrwert (1/r) des Radius die Flächenkrümmung und h den Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse (d. h. die Strahlhöhe) an. Somit gibt p(h) die Pfeilhöhe, d. h. den Abstand des Flächenpunktes vom Flächenscheitel in z-Richtung (Richtung der optischen Achse). Die Konstanten K, C1, C2, ... sind in den Tabellen mit Zusatz „A” wiedergegeben.The reciprocal (1 / r) of the radius indicates the area curvature and h the distance of a surface point from the optical axis (ie the beam height). Thus, p (h) gives the arrow height, i. H. the distance of the surface point from the surface apex in the z-direction (direction of the optical axis). The constants K, C1, C2, ... are given in the tables with the suffix "A".
Alle Projektionsobjektive der Ausführungsbeispiele sind als Immersionsobjektive mit einer bildseitigen numerischen Apertur NA = 1.35 ausgelegt, wobei Wasser als Immersionsflüssigkeit verwendet wird. Die Objekthöhe beträgt bei den Ausführungsbeispielen mit gefalteter optischer Achse jeweils 61.5 mm, bei den Ausführungsbeispielen mit gerader optischer Achse (in-line-Systeme) jeweils 63.5 mm. Tabelle 2 (M241A) Tabelle 2A (M241A) Tabelle 3 (M269A) Tabelle 3A (M269A) Tabelle 4 (M270A) Tabelle 4A (M270A) Tabelle 5 (M271A) Tabelle 5A (M271A) Tabelle 6 (M412) Tabelle 6A (M412) Tabelle 7 (M413) Tabelle 7A (M413) Tabelle 8 (M414) Tabelle 8A (M414) All projection lenses of the exemplary embodiments are designed as immersion objectives with a numerical aperture NA = 1.35 on the image side, wherein water is used as the immersion liquid. The object height is 61.5 mm in each case in the embodiments with the folded optical axis, and 63.5 mm in the embodiments with a straight optical axis (in-line systems) in each case. Table 2 (M241A) Table 2A (M241A) Table 3 (M269A) Table 3A (M269A) Table 4 (M270A) Table 4A (M270A) Table 5 (M271A) Table 5A (M271A) Table 6 (M412) Table 6A (M412) Table 7 (M413) Table 7A (M413) Table 8 (M414) Table 8A (M414)
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